本文從課題要求和實際應用的角度出發(fā),設計了以TMS320F240為核心的永磁同步電機矢量控制系統(tǒng),詳細敘述了控制系統(tǒng)的搭建方法,并對永磁同步電機的初始位置檢測和死區(qū)補償作了理論的研究.本文的結(jié)構和主要研究內(nèi)容如下:第一章介紹了永磁電機的原理、現(xiàn)狀和發(fā)展歷史.第二章對永磁同步電機的基本結(jié)構和數(shù)學模型做了詳細的介紹.介紹了永磁同步電機控制系統(tǒng)的主要組成部分電流環(huán),轉(zhuǎn)速環(huán)和位置環(huán)的常見控制策略,這三個環(huán)之間的關系和如何綜合調(diào)節(jié)這三個環(huán).控制系統(tǒng)采用的是矢量控制方法,本章最后詳細地分析了永磁同步電機的矢量控制策略,這種策略的軟件實現(xiàn)方法,并給出了基于MATLAB/SIMULINK的控制系統(tǒng)仿真.第三章從介紹了實際的電路設計,包括搭建以TMS320F240為核心的控制系統(tǒng)的搭建,智能功率模塊IPM的使用及控制的主要方法,控制面盤的設計.第四章分析了永磁同步電機控制系統(tǒng)中的一個主要問題:初始位置檢測.分析了現(xiàn)有的初始位置檢測的主要方法,并提出了一種利用永磁同步電機的凸極效應和非線性的磁化特性來估算轉(zhuǎn)子初始位置的方法.第五章介紹了矢量控制永磁同步電機矢量控制系統(tǒng)的死區(qū)補償問題.
標簽： 永磁同步電機 矢量控制系統(tǒng)
上傳時間： 2013-04-24
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本文首先介紹無刷直流電機原理及其常用的控制方法。在建立了無刷直流電機數(shù)學模型的基礎上，構建了MATLAB環(huán)境下控制系統(tǒng)的仿真模型，并對各個仿真模塊進行了分析。設計了無刷直流電機控制系統(tǒng)的硬件電路。該控制系統(tǒng)以Motorola公司的MC68HC908JL3單片機為核心，功率變換電路采用三菱公司IPMPS21246-E模塊。介紹了電路的各個組成部分，給出了控制系統(tǒng)中采用的軟硬件抗干擾措施。針對雙閉環(huán)無刷直流電機調(diào)速系統(tǒng)，深入研究了基于串級PI控制的控制策略，給出了參數(shù)選擇方法，并進行了仿真分析。根據(jù)所設計的硬件電路及采用的控制策略，編制了相應的控制系統(tǒng)軟件。系統(tǒng)軟件由物理層和應用層組成。物理層的程序模塊是基本的硬件功能實現(xiàn)模塊，包括啟動按鍵讀入模塊、ADC模塊、故障顯示模塊、中斷模塊。應用層程序調(diào)用物理層程序模塊，通過一定的算法邏輯，實現(xiàn)整個系統(tǒng)軟件的功能。最后對無刷直流電機控制系統(tǒng)進行了調(diào)試。給出了系統(tǒng)運行中的電壓、速度和電流等信號的實測波形，并進行了分析。調(diào)試結(jié)果表明，該系統(tǒng)穩(wěn)定可靠，具有良好的調(diào)速性能，達到預期的效果。
上傳時間： 2013-07-11
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v無刷直流電動機具有結(jié)構簡單、可靠性高、維護方便、運行效率高和調(diào)速性能好等優(yōu)點，隨著微處理器技術、電力電子技術、控制理論，以及低成本、高磁能積永磁材料的發(fā)展，得到越來越廣泛的應用。無刷直流電動機采用無位置傳感器控制，電動機結(jié)構更加簡單，應用范圍擴大，相對于有位置傳感器控制優(yōu)勢明顯。本論文圍繞無刷直流電動機的無位置傳感器控制進行較為系統(tǒng)和深入的研究。 首先，論文從基本電磁定律出發(fā)，在分析無刷直流電動機結(jié)構和工作原理的基礎上，建立了無刷直流電動機的數(shù)學模型，為分析無刷直流電動機無位置傳感器控制奠定基礎。 其次，根據(jù)無刷直流電動機反電勢過零檢測原理，對反電勢過零檢測法的各種實現(xiàn)方法進行研究，比較各種實現(xiàn)方法的優(yōu)缺點，指出它們的適用范圍。在此基礎上，給出帶通濾波法及其簡化電路形式，提出使用帶通濾波器獲取反電勢三次諧波的方法。論文將直流電源負端電壓作為帶通濾波法和帶通濾波三次諧波法的參考電平。 論文對無刷直流電動機無位置傳感器控制中的關鍵問題-起動方法進行研究，在詳細分析“三段式”起動方法的實現(xiàn)過程的基礎上，給出了從外同步到自同步平穩(wěn)切換的條件。論文在研究無刷直流電動機無位置傳感器控制換相方法的基礎上，提出了一種新的換相方法，提高了電動機運行平穩(wěn)性和系統(tǒng)穩(wěn)定性。在帶通濾波三次諧波法中使用該換相方法，無需對三次諧波積分即可得到換相時刻。 濾波器是反電勢法中反電勢過零檢測電路的重要組成部分。論文在分析無刷直流電動機端電壓信號特點的基礎上，給出濾波電路的技術要求，根據(jù)濾波器基本設計原理，分別對一階RC無源帶通濾波器和二階RC有源低通濾波器進行電路設計和參數(shù)計算，并通過實驗驗證理論分析和仿真結(jié)果。這些為通過檢測反電勢過零點獲得可靠的換相信號創(chuàng)造了條件。 論文還分析了無刷直流電動機無位置傳感器控制中產(chǎn)生轉(zhuǎn)子位置檢測誤差的原因，提出了相應的校正方法。通過分析無刷直流電動機的換相過程，建立了換相狀態(tài)的等效電路和數(shù)學模型，研究了轉(zhuǎn)子位置誤差引起的電動機超前、滯后換相現(xiàn)象，及其由此產(chǎn)生的非導通相環(huán)流，在理論分析的基礎上，進行了仿真計算，并與實驗結(jié)果對照分析。 功率器件的功率損耗分析在逆變器設計和提高控制系統(tǒng)的可靠性方面具有重要作用。論文構建了由IGBT組成的簡化逆變器模型，并進行仿真研究。針對不同的開關頻率和柵極電阻，定量計算了IGBT開關過程中各階段的功率損耗，給出了變化規(guī)律，對逆變器的設計具有重要的指導意義。最后，論文研制了基于反電勢過零檢測法的無位置傳感器無刷直流電動機控制系統(tǒng)，控制系統(tǒng)由硬件和控制軟件兩部分組成。硬件部分包括主電源整流濾波電路、控制電源電路、反電勢過零檢測電路、驅(qū)動和逆變電路以及保護電路等，控制軟件包括電動機起動模塊(包括定位、加速、切換)、電動機運行控制模塊(包括過零檢測及校正、換相)和各保護功能模塊。對系統(tǒng)進行了調(diào)試，并對論文中所分析和提出的各種方法進行了相關的實驗研究，給出了實驗結(jié)果。
上傳時間： 2013-06-06
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隨著世界范圍內(nèi)的能源危機越來越嚴重，每個國家都投入了極大的熱情開發(fā)新型節(jié)能型產(chǎn)品，而且整個社會的節(jié)能意識越來越高。我國2005年廣東發(fā)生的油荒現(xiàn)象已經(jīng)造成了局部能源恐慌，所以節(jié)能問題受整個社會關注的程度越來越高。 我國傳統(tǒng)螺桿泵采油系統(tǒng)的地面驅(qū)動部分采用異步電機加變速箱，長期以來存在“大馬拉小車”現(xiàn)象，系統(tǒng)效率和經(jīng)濟效益低下，耗能非常嚴重。 永磁無刷直流電機在進入21世紀后，以其較高的效率和優(yōu)異的控制性能保持較高的發(fā)展勢頭，已廣泛用于社會生活的方方面面，如比家電行業(yè)，汽車行業(yè)和工業(yè)控制等等。 本文基于ST7MC設計了應用于油田螺桿泵的永磁無刷直流電機驅(qū)動系統(tǒng)。通過大量的資料和文獻閱讀，首先從無刷直流電機的結(jié)構和原理開始介紹，在建立無刷直流電機的數(shù)學模型基礎上，對整個控制系統(tǒng)的硬件和軟件結(jié)構進行了詳細說明，給出了正弦波控制策略的頻率和相角估算方法。 基于本控制系統(tǒng)的設計方案完成的6.5KW無刷直流電機控制系統(tǒng)已經(jīng)成功在油田上試運行，通過大量的負載試驗和井上運行試驗驗證了該系統(tǒng)達到了較高的系統(tǒng)的效率和經(jīng)濟效益。并取得了預期的節(jié)能效果。
上傳時間： 2013-04-24
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高性能伺服控制系統(tǒng)日益廣泛地應用于現(xiàn)代工業(yè)、家用電器和國防等各個領域。采用先進控制策略和全數(shù)字控制技術的永磁同步電機伺服系統(tǒng)，已成為高性能伺服系統(tǒng)發(fā)展的主流方向。應用在交流伺服系統(tǒng)上的背景技術不斷進步，同時市場對伺服系統(tǒng)性能、成本及自適應能力的要求也不斷提高。 本文從詳細分析了永磁同步電機的數(shù)學模型和矢量控制的基本原理，選取了基于id=0轉(zhuǎn)子磁場定向矢量控制方式，采用電壓空間矢量（SVPWM）調(diào)制技術，建立了位置、轉(zhuǎn)速、電流三閉環(huán)控制的永磁同步電機伺服系統(tǒng)。針對伺服系統(tǒng)在運行過程中參數(shù)變化及負載擾動等問題，深入分析了連續(xù)與離散系統(tǒng)滑模變結(jié)構控制器設計的基本原則和方法，將滑模變結(jié)構控制與矢量控制相結(jié)合，改進了基于趨近率的單段滑模面變結(jié)構控制，設計了適用于矢量控制位置伺服系統(tǒng)的分段式滑模變結(jié)構控制器。在Matlab/Simulink7．1仿真環(huán)境和以Freescale MC56F8346DSP為核心的實驗系統(tǒng)平臺進行了詳盡的仿真和實驗研究。結(jié)果表明本系統(tǒng)滿足高性能伺服控制系統(tǒng)的基本要求，滑模變結(jié)構控制能夠有效應用于矢量控制伺服系統(tǒng)并提高其魯棒性。
標簽： 滑模變結(jié)構 控制 伺服系統(tǒng)
上傳時間： 2013-07-18
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無刷直流電機,是隨著電力電子技術的發(fā)展和新型永磁材料的出現(xiàn)而迅速成熟起來的一種機電一體化電機.隨著無刷直流電機在各個領域的廣泛應用,其常用的帶位置傳感器控制方法暴露出了越來越多的局限性.同時,隨著計算機技術和電子技術的不斷發(fā)展,基于高性能數(shù)字信號處理器的"狀態(tài)觀測器"法無位置傳感器控制則漸漸成為研究的熱點.論文在詳細介紹了"擴展卡爾曼濾波法"無位置傳感器無刷直流電機控制原理的基礎上,建立了基于"擴展卡爾曼濾波法"無位置傳感器無刷直流電機控制系統(tǒng)模型,對模型中誤差造成的原因作出了定性和定量的分析,給出了解決的辦法.另外,論文以Texas Instrument公司的TMS320LF2407A數(shù)字信號處理器為核心,設計了一套基于"擴展卡爾曼濾波法"的無位置傳感器無刷直流電機控制系統(tǒng),并給出了各模塊的設計電路.文中介紹了系統(tǒng)的各個組成部分,并給出了系統(tǒng)的抗干擾措施."三段式"起動技術是無傳感器無刷直流電機控制中的常用起動方法,也是"擴展卡爾曼濾波法"控制中的一個重要環(huán)節(jié).文中對"三段式"起動技術中轉(zhuǎn)子定位、外同步加速和外同步到自同步的切換三部分進行了詳細的分析和討論,指出了各部分的難點,給出了相應的解決方法.基于"擴展卡爾曼濾波法"的控制系統(tǒng)中包含了大量的運算和多路的AD采集,因此不可避免存在系統(tǒng)和測量誤差以及干擾噪聲,論文著重對系統(tǒng)誤差、量測誤差和干擾噪聲三個方面作了詳細的分析,并提出了解決的方法.對于噪聲信號的數(shù)字化處理,論文探討了常用的幾種數(shù)字濾波算法并給出了仿真波形.在前面所設計的控制系統(tǒng)的基礎上,論文介紹了"擴展卡爾曼濾波法"無位置傳感器無刷直流電機控制系統(tǒng)的運行調(diào)試過程,分析了調(diào)試中出現(xiàn)的問題并提出了解決的方法.最后,文中給出了系統(tǒng)調(diào)試中的電壓、反電勢以及相電流等信號的實測波形,并與仿真結(jié)果作了比較分析.
上傳時間： 2013-07-30
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無刷直流電機是隨著電力電子技術的發(fā)展和高性能永磁材料的出現(xiàn)而迅速發(fā)展起來的一種新型機電一體化電機。隨著無刷直流電機在各個領域的廣泛應用，無位置傳感器控制方法的優(yōu)勢越來越明顯，特別是“反電勢法”無刷直流電機控制方法已經(jīng)發(fā)展成為最實用的無位置傳感器控制方法。 論文在介紹常用的無位置傳感器無刷直流電機控制方法的基礎上，詳細分析了“反電勢法”無刷直流電機控制原理。深入研究了兩種反電勢過零檢測方法，采用“直接反電勢法”設計了反電勢過零檢測電路。該方法不需要引出電機中性點，通過選擇PWM和導通控制策略，就能直接從電機端電壓獲得反電勢過零點信號。它避免了開關高頻調(diào)制產(chǎn)生的干擾，不需要對端電壓進行濾波。建立了基于PSPICE軟件的仿真模型并對其進行了仿真驗證。以按摩椅用無刷直流電機為樣機，設計了“直接反電勢法”無刷直流電機控制系統(tǒng)的硬件電路，詳細介紹了電路各個組成部分，同時給出了控制系統(tǒng)中所采用的軟硬件抗干擾措施。 論文介紹了“直接反電勢法”無刷直流電機控制常用的起動方法，深入討論了“三段式”起動技術，對“三段式”起動技術中轉(zhuǎn)子預定位、外同步加速和外同步到自同步的切換進行了詳細的分析，并圍繞“三段式”起動技術詳細介紹了“直接反電勢法”控制軟件設計流程。 最后，通過實驗驗證了這種方法的可行性和正確性。
標簽： 電勢 無刷直流電機 控制系統(tǒng)
上傳時間： 2013-05-24
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本文首先簡述了交流調(diào)速系統(tǒng)的發(fā)展和研究重點，介紹了異步電機調(diào)速系統(tǒng)的不同控制策略，詳細論述了異步電機矢量控制系統(tǒng)的基本原理：異步電機的數(shù)學模型和坐標變換、矢量控制的基本方程式、轉(zhuǎn)子磁鏈的觀測方法、矢量控制的系統(tǒng)結(jié)構等，并重點分析了空間矢量脈寬調(diào)制(SVPWM)技術的基本原理、控制算法以及在TMS320LF2407中的實現(xiàn)方法。 從工程實際應用出發(fā)，本文設計和開發(fā)了一套以DSP芯片TMS320LF2407為核心的有速度傳感器異步電機矢量控制系統(tǒng)，并給出了硬件和軟件的實現(xiàn)方法。該系統(tǒng)的功率電路采用電壓型的交-直-交變壓變頻結(jié)構，由整流電路、濾波電路及智能功率模塊IPM(PM15RSH120)逆變電路構成；控制電路以DSP芯片TMS320LF2407為核心，加上PWM信號發(fā)生電路、定子電流檢測電路、直流母線電壓檢測電路、智能功率模塊驅(qū)動電路、速度檢測電路、系統(tǒng)保護電路等，構成了功能齊全的異步電機全數(shù)字化矢量控制系統(tǒng)。 在此基礎上，本文對無速度傳感器異步電機矢量控制系統(tǒng)進行了有益的探索。提出了改進的電壓型轉(zhuǎn)子磁鏈估算模型，消除了電壓型轉(zhuǎn)子磁鏈估算模型中純積分環(huán)節(jié)所固有的漂移問題和積累誤差對實際系統(tǒng)性能的影響。在傳統(tǒng)型參考自適應系統(tǒng)基礎上，將系統(tǒng)中原有的自適應調(diào)節(jié)機構用一個具有在線學習能力的模糊神經(jīng)網(wǎng)絡取代，提出一種基于模糊神經(jīng)網(wǎng)絡的異步電機轉(zhuǎn)速估計方法，并給出了速度估計器的模糊神經(jīng)網(wǎng)絡結(jié)構和學習算法。最后對基于模糊神經(jīng)網(wǎng)絡轉(zhuǎn)速估計的異步電機矢量控制系統(tǒng)進行了仿真，結(jié)果表明該系統(tǒng)具有良好的性能。
標簽： 模糊神經(jīng)網(wǎng)絡 異步電機 轉(zhuǎn)速
上傳時間： 2013-07-02
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矢量控制作為一種先進的控制策略，是在電機統(tǒng)一理論、機電能量轉(zhuǎn)換和坐標變換理論的基礎上發(fā)展起來的，具有先進性、新穎性和實用性的特點。它是以交流電動機的雙軸理論為依據(jù)，將定子電流矢量分解為按轉(zhuǎn)子磁場定向的兩個直流分量：一個分量與轉(zhuǎn)子磁鏈矢量重合，稱為勵磁電流分量；另一個分量與轉(zhuǎn)子磁鏈矢量垂直，稱為轉(zhuǎn)矩電流分量。通過控制定子電流矢量在旋轉(zhuǎn)坐標系的位置及大小，即可控制勵磁電流分量和轉(zhuǎn)矩電流分量的大小，實現(xiàn)像直流電動機那樣對磁場和轉(zhuǎn)矩的解耦控制。本文研究的是以TMS320LF2407ADSP和FPGA為控制核心的矢量控制變頻調(diào)速系統(tǒng)。 分析了脈寬調(diào)制和矢量控制的原理與實現(xiàn)方法，從而建立了異步電動機的數(shù)學模型。對于矢量控制，分析了矢量控制的基本原理和控制算法，推導了三相坐標系、兩相靜止與旋轉(zhuǎn)坐標系下的電機基本方程和矢量控制基本公式。同時在進行相應的坐標變換以后，得到了間接磁場定向型變頻調(diào)速系統(tǒng)的矢量控制圖，并結(jié)合TMS320LF2407ADSP完成了具體的實現(xiàn)方法，根據(jù)矢量控制的基本原理，設計了一種基于DSP和FPGA的SVPWM冗余系統(tǒng)。 在硬件方面，以TMS320LF2407ADSP和EP1C12Q240FPGA為控制器，兩者之間通過雙口RAMIDT7130完成數(shù)據(jù)的交換，并能在一方失控時另一方立即產(chǎn)生SVPWM波形。同時完成無線遙控、速度給定、數(shù)據(jù)顯示以及電流、速度檢測和保護等功能，也對變頻調(diào)速系統(tǒng)的主電路、電源電路、FPGA配置電路、無線遙控電路、LCD顯示電路、保護電路、電流和轉(zhuǎn)速檢測電路作了簡單的介紹。在軟件方面，給出了基于DSP的矢量控制系統(tǒng)軟件流程圖，并用C語言進行了編程。用硬件描述語言Verilog對FPGA進行了編程，并給出了相關的仿真波形。MATLAB仿真結(jié)果表明，本文研究的調(diào)速系統(tǒng)的矢量控制算法是成功的，并實現(xiàn)了對電機的高性能控制。
上傳時間： 2013-07-09
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永磁無刷直流電動機是一種機械、電氣、電子一體化的高技術產(chǎn)品，具有結(jié)構簡單、運行可靠、使用壽命長等優(yōu)點，在現(xiàn)代輕重工業(yè)中應用廣泛。現(xiàn)代工業(yè)技術和生產(chǎn)需求的快速發(fā)展對永磁無刷直流電動機控制系統(tǒng)的性能要求不斷提高，因此研究具有響應速度快、調(diào)節(jié)能力強、控制精度高的無刷直流電動機控制系統(tǒng)具有十分重要的意義。 本文介紹了永磁無刷直流電動機控制系統(tǒng)的組成和研究方向，介紹了英飛凌XC167Cl高性能16位單片機，進而對永磁無刷直流電動機的類型進行了介紹，同時分析了永磁無刷直流電動機的工作原理，建立了比較完善的數(shù)學模型，并詳細闡述了轉(zhuǎn)矩脈動產(chǎn)生的原因和消除轉(zhuǎn)矩脈動的一般方法。 本文設計并實現(xiàn)了基于英飛凌XC167Cl高性能16位單片機的轉(zhuǎn)速和電流雙閉環(huán)永磁無刷直流電動機控制系統(tǒng)。系統(tǒng)采用PWM方式實現(xiàn)對電機的控制。轉(zhuǎn)速和電流雙閉環(huán)數(shù)字PI器的應用使得控制系統(tǒng)具有良好的動態(tài)和靜態(tài)性能。單片機和液晶顯示與鍵盤給定模塊之間的串行通信實現(xiàn)了控制系統(tǒng)信息在人機間的傳輸，為系統(tǒng)的調(diào)試帶來了靈活性，也為控制系統(tǒng)中參數(shù)的實時監(jiān)控和給定提供了方便。 在本文的最后，就采集到的部分波形，分析了實驗結(jié)果，并提出了對本系統(tǒng)的總結(jié)和展望。 實驗表明，本文所采用的英飛凌XC167Cl高性能16位單片機具有極高的性能，以其為核心的控制系統(tǒng)具有運行性能良好、調(diào)試方便、升級換代容易等特點，為后續(xù)的研究工作提供了實驗基礎和借鑒。
上傳時間： 2013-05-25
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