在實際應用中，對永磁同步電機控制精度的要求越來越高。尤其是在機器人、航空航天、精密電子儀器等對電機性能要求較高的領域，系統的快速性、穩定性和魯棒性能好壞成為決定永磁同步電機性能優劣的重要指標。傳統電機系統通常采用PID控制，其本質上是一種線性控制，若被控對象具有非線性特性或有參變量發生變化，會使得線性常參數的PID控制器無法保持設計時的性能指標；在確定PID參數的過程中，參數整定值是具有一定局域性的優化值，并不是全局最優值。實際電機系統具有非線性、參數時變及建模過程復雜等特點，因此常規PID控制難以從根本上解決動態品質與穩態精度的矛盾。永磁同步電機是典型的多變量、參數時變的非線性控制對象。先進控制方法(諸如智能控制、優化算法等)研究應用的發展與深入，為控制復雜的永磁同步電機系統開辟了嶄新的途徑。由于先進控制方法擺脫了對控制對象模型的依賴，能夠在處理不精確性和不確定性問題中有可處理性、魯棒性，因而將其引入永磁同步電機控制已成為一個必然的趨勢。本文根據系統實現目標的不同，選取相應的先進控制方法，并與PID控制相結合，對永磁同步電機各方面性能進行有針對性的優化，最終使其控制精度得到顯著的提高。為達到對永磁同步電機進行性能優化的研究目的，文中首先探討了正弦波永磁同步電機和方波永磁同步電機的運行特點及控制機理，通過建立數學模型，對相應的控制系統進行了整體分析。針對永磁同步電機非線性、強耦合的特點，設計了矢量控制方式下的永磁同步電機閉環反饋控制系統。結合常規PID控制，將模糊控制、遺傳算法、神經網絡和人工免疫等多種先進控制方法應用于永磁同步電機調速系統、伺服系統和同步傳動系統的控制器設計中，以滿足不同控制系統對電機動、靜態性能的要求以及對調速性能或跟隨性能的側重。實驗結果表明，采用先進控制方法的永磁同步電機具有較好的動態性能、抗擾動能力以及較強的魯棒性能；與傳統PID控制相比，系統的控制精度得到了明顯提高。研究結果驗證了先進控制方法應用于永磁同步電機性能優化的有效性和實用性。
上傳時間： 2013-04-24
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永磁同步電機(PMSM)因其無需勵磁電流、運行效率和功率密度高,在交流調速系統中被廣泛的應用,但PMSM高性能的矢量控制需要精確的轉子位置和速度信號來實現磁場定向。在傳統控制中,一般采用機械式傳感器來檢測轉子位置和轉速,但是機械式傳感器存在諸如成本高、可靠性低、不易維護等問題,使得無速度/位置傳感器控制技術成為永磁同步電機控制中的熱點問題。雖然目前已有較多的研究成果,但是所采用的方法大多是基于電機基波方程的分析,一般不適用于低速甚至零速,并且對電機參數較為敏感,魯棒性差。本文正是為了解決這個問題,而采用高頻信號注入法實現轉子位置估算,這種方法適合于低速甚至零速,對電機參數的變化不敏感,魯棒性強。主要做了如下的工作： 首先詳細介紹了永磁同步電機三種基本結構,在建立了旋轉坐標系下永磁同步電機數學模型的基礎上敘述了其矢量控制原理,分析了各種現有的永磁同步電機無速度/位置傳感器控制策略；其次在永磁同步電機矢量控制的基礎上詳細討論了旋轉高頻電壓信號注入法與脈振高頻電壓信號注入法提取轉子位置的基本原理,并在此基礎上利用MATLAB/SIMULINK仿真工具建立了整個永磁同步電機無速度/位置傳感器矢量控制系統的模型,進行了仿真研究,仿真結果驗證了控制算法的正確性。最后利用TI公司推出的數字信號處理器DSP芯片TMS320F2812,實現了基于脈振高頻信號注入法的永磁同步電機無速度/位置傳感器的實驗運行,實驗結果驗證了這種方法適合于低速運行,對電機參數的變化不敏感,魯棒性強。
上傳時間： 2013-06-06
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太陽能作為一種新型能源以其清潔、儲量大、無污染等優點使其利用越來越受到人們的重視,而光伏發電技術的應用更是人們普遍關注的焦點。本文主要研究了光伏并網發電系統的控制方法。由于目前光伏電池的價格高,轉換效率比較低,為了降低系統造價和有效的利用太陽能,對光伏并網系統的控制方法的研究顯得尤為重要。 本文針對光伏并網發電系統的特點,將其分為三部分進行研究。研究了光伏電池的工作原理及輸出特性,在此基礎上建立了其仿真模型。利用PSIM仿真軟件對不同環境及不同日照強度下的太陽能電池輸出特性進行了仿真。仿真與實測數據的對比驗證了其仿真模型的正確性,為后續的仿真奠定基礎。 光伏板的最大功率點的控制是實現光伏并網高效率的輸出的必要條件。采用基于模糊控制的方法求取最大功率點驅動boost升壓變換器,用以實現最大功率點跟蹤和控制。針對電導增量法和干擾法的不足,研究了基于模糊控制的方法。從仿真及實驗的結果均能看出系統的穩態功率損耗大大縮小,提高了其穩態性能。 闡述了并網逆變器的工作原理和控制策略。基于逆變控制方法的研究,對系統進行了仿真與實驗。其中控制方法采用電流滯環跟蹤控制。從仿真及實驗結果中可以看出實現了輸出功率因數為1的控制目標。 開發了光伏并網的實驗系統,設計了基于DSP的最大功率點控制系統和逆變并網系統。實驗結果表明,本文采用的控制策略和設計方法是可行有效的,主電路和控制電路的設計是合理的。
上傳時間： 2013-07-28
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隨著家用空調的普及應用，空調已日漸成為耗能大戶。我國經濟建設多年來高速發展，正面臨能源日益緊張的問題，由于空調節能尚有空間，因此人們普遍關注空調節能技術。在家用空調的各種節能技術中，直流壓縮機變頻驅動是發展的主流方向。從驅動方式上看，直流壓縮機可以采用方波控制或矢量控制。與方波控制相比，矢量控制的空調直流壓縮機具有噪聲低、振動小、效率高等特點，更加符合節能和環保的發展方向。 本文主要研究了適用于空調壓縮機負載的無轉子位置傳感器永磁同步電機矢量控制方法。首先從電機的基本方程入手，詳細推導了永磁同步電機矢量控制的數學模型。詳細分析了各種電流控制策略特點，提出了采用適合直流壓縮機驅動的MTPA控制方式。 其次提出了具有凸極效應的壓縮機永磁同步電機的一種簡化模型，得到了適用于IPMSM的滑模觀測器，解決了IPMSM在αβ坐標系中應用滑模觀測器困難的問題。針對壓縮機運行特點，采用全維狀態觀測器方法，實現IPMSM反電動勢的觀測，根據反電動勢計算出電機轉子位置和轉速，實現了無傳感器矢量控制。本文詳細分析了全維狀態觀測器的極點配置方法，通過將四個極點配置在相同位置，簡輕了計算量，也便于實現。 第三，由于反電動勢估算法在電機低轉速下不能正確估算轉子位置，無法正常閉環起動，本文提出了一種簡單的用于直流壓縮機的起動方法，實現了壓縮機的可靠起動。同時在深入分析電機等效模型的基礎上，給出了一種簡單的電機參數測量方法，通過簡單測量和計算，得到系統實現無傳感器永磁同步電機矢量控制所需的電感、電阻及反電動勢系數等關鍵參數。 最后通過MATLAB/Simulimk7.1仿真軟件對基于滑模觀測器和基于全維觀測器的永磁同步電機矢量控制方法進行了仿真驗證，設計了以TMS320F2403數字信號處理器為控制核心的直流壓縮機矢量控制實驗平臺，并進行了大量的實驗驗證。仿真及實驗結果證明了本文理論分析和所提方法的正確性，并已應用于實際的直流壓縮機矢量控制系統。
上傳時間： 2013-06-13
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溫室是設施農業的重要組成部分，國內外溫室種植業的實踐經驗表明，提高溫室的自動控制和管理水平可充分發揮溫室農業的高效性。隨著傳感技術，計算機技術及通訊技術的迅猛發展，現代化溫室信息自動采集及智能控制系統的開發已越來越引起人們的重視，并成為一個具有重要意義的研究方向。因此設計了基于PIC單片機的溫室自動控制系統，使其對溫室環境進行控制，為植物創造適宜的生長條件，從而使農作物獲得高產，提高農業生產的經濟效益。 文中論述了國內外溫室環境控制技術的發展及現狀，分析了溫室的內部機理，給出了所采用的溫室小氣候溫濕度模型；通過對溫室環境歷史數據的分析，得出了溫室溫度控制系統的近似數學模型。 系統采用模糊控制算法實現對溫濕度的控制。詳細研究了模糊控制的機理，建立了針對幾種執行機構的模糊控制規則表；在模糊推理中采用了T-S模型的推理方法，此方法確定的控制規則工程意義明確，易于調整。并以溫度控制系統為對象，使用MATLAB對模糊算法進行仿真；仿真結果表明，這種算法具有超調量小、穩定性強、適應性好等特點，能夠達到預期的控制效果，是一種較為理想的智能控制方案。 溫室自動控制系統的硬件部分由上位機和下位機及其外圍電路組成。上位機采用PC機，通過與下位機間的通信實現對溫室的統一管理；下位機及其外圍電路實現溫室環境參數的檢測、顯示和實時控制，微處理器采用的是PIC16F877A單片機。這種以單片機為核心的控制器還可以在不依賴上位機的情況下獨立實現參數的測控。 在軟件設計方面，將模糊控制算法引入其中，給出了主程序、模糊算法程序、通信程序等程序流程圖。使用MSComm控件實現上下位機間通信；并采用VB6.0對上位機界面進行了設計，使程序簡單、清晰、為用戶提供了直觀友好的管理平臺。整個系統軟硬件搭配合理，設計、開發、維護方便，具有較高的性價比。
上傳時間： 2013-07-21
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各類交流電源在產品開發過程中都需要進行長時間的帶載測試，以檢驗其電氣性能。傳統使用電阻、電感和電容這類無源元件作為負載的測試方法存在參數調節不方便、發熱量大、耗能等諸多缺點。為克服傳統測試方法的不足，本文研究了一種帶能量回饋功能的交流電子負載裝置，采用交直交變換結構，由具有公共直流母線的兩級電壓型PWM整流器組成。通過控制前級PWM整流器的輸入功率因數，在其輸入端模擬不同阻抗特性的負載；后級PWM整流器工作在并網逆變狀態，將被測試電源發出的電能回饋至電網進行循環利用。 交流電子負載屬于一種測試設備，需要實現用戶交互、通訊、監控等功能，因此采用了以DSP芯片為核心的數字控制方案。本文首先探討了數字控制技術對變換器性能的影響，重點討論了當數字脈寬調制器精度不足時會引起輸出產生極限環振蕩的問題。分析了極限環振蕩產生的原因，并以BUCK、BOOST和BUCK-BOOST三種基本變換器的數字控制器設計為例，推導出了為避免極限環振蕩，數字脈寬調制器應滿足的最小精度要求。在MATLAB中建立了數字控制器的仿真模型，設計了一臺數字控制BUCK變換器實驗樣機，仿真和實驗結果驗證了理論分析的正確性。 根據處理電能方式的不同，交流電子負載可分為能量消耗型和能量回饋型兩大類。本文首先針對交流電源產品的功能性測試應用場合，提出了一種新的能量消耗型交流電子負載結構和相應的控制方法。然后重點介紹了能量回饋型交流電子負載的工作原理及其控制策略。分析了功率電路中主要元件參數的選取方法。其中，對工作在任意功率因數情況下的單相PWM整流器中交流濾波電感的取值作了重點討論。在Saber軟件中建立了系統的仿真模型，設計了一臺以TMS320F2812 DSP芯片為控制核心的能量回饋型交流電子負載原理樣機，仿真和實驗結果驗證了系統方案的可行性和正確性。最后針對交流電子負載的并網能量回饋功能，初步分析了一種基于正反饋思想的并網系統孤島檢測方法，并進行了仿真驗證。
上傳時間： 2013-07-29
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由于永磁無刷直流電機既具備交流電機結構簡單、運行可靠、維護方便等一系列優點，又兼有普通有刷直流電機調速特性好、運行效率高的優點，因此它在當今國民經濟各個領域得到了越來越廣泛的應用。本文對基于DSP的無刷直流電機控制系統進行了設計和研究。 本論文首先回顧了無刷直流電機的產生、發展歷程，介紹了目前的熱點研究方向和最新研究成果。 第二章對無刷直流電機的組成環節、結構、工作原理、運行特性進行了分析，并且建立了無刷直流電機的數學模型，對其控制方法進行了討論。同時，DSP控制器由于其高速的處理能力和豐富的片上資源，已經廣泛的應用于電機控制領域。 第三章介紹了TI的高性能DSP芯片 TMS320LF2407A的結構和性能，提出了基于 TMS320LF2407A 的 BLDCM 的控制方案，并且對系統的相關環節進行了討論和分析。 第四、五兩章分別完成了硬件和軟件的設計。此系統是基于PWM技術和PID算法的雙閉環控制系統。硬件電路包括了控制電路、主電路、檢測電路、保護電路幾個部分；軟件采用模塊化的編程思想，編制了各程序模塊的控制流程圖，并論述了其實現方面的若干問題。 第六章給出了系統的仿真實驗結果及分析。 第七章對全文內容進行了總結，并對無刷直流電機控制系統提出了展望。
上傳時間： 2013-04-24
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隨著現代科技的迅速發展，逆變電源的應用越來越廣泛。同時，各行各業對逆變電源的性能也提出了更高的要求。好的逆變電源輸出波形要求不但具有高的穩態性能，還應有快的動態響應。單一的控制策略很難同時滿足這兩方面的要求。因此，各種控制策略取長補短、相互滲透，構成復合控制器，是一種趨勢所在。 本文討論了當今各種比較流行的數字控制策略的優缺點，重點分析了無差拍控制和重復控制這兩種控制策略的控制原理，并對其控制算法做了適當改進。無差拍控制動態性能極佳，但其穩態性能不理想，尤其是在帶非線性負載時輸出電壓波形的總諧波畸變較大；而重復控制恰恰相反，它有著很好的穩態性能，但由于周期延遲環節的存在，控制指令不是立即輸出，而是滯后一個參考周期才輸出，使其動態性能較差。本文采用單相全橋拓撲結構為逆變器主電路，建立了它的連續狀態空間模型和離散狀態空間模型，分析了它的開環輸出特性，并分別闡述了改進的無差拍控制器和重復控制器參數的設計方法。 文章提出將改進的無差拍控制和重復控制這兩種控制策略相結合，組成復合控制策略。利用MATLAB建立了控制系統的仿真模型，仿真實驗結果證明該復合控制策略能使逆變電源獲得理想的穩態和動態性能。最后介紹了以高性能數字信號處理器TMS320F2812為控制核心的逆變電源控制系統的軟硬件設計。
上傳時間： 2013-07-31
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作為一個自然不穩定系統，倒立擺一直被用作實時控制系統實驗的控制設備。通過對它的研究不僅可以解決控制中的理論問題，還能將控制理論涉及的三個主要基礎學科：力學、數學和電學(包含計算機)進行有機的綜合應用。此外，在近代機械控制系統中，如航空航天上直升飛機、火箭發射、衛星發射及生活中的做體操、花樣滑冰、單輪騎車等等，都存在類似于倒立擺的穩定控制問題。因此實現倒立擺系統穩定控制的研究對實際工程和現實生活有非常重要的意義。 本論文的主要目標是設計和建造一個基于數字信號處理器(DSP)的計算機控制系統來控制倒立擺的平衡。論文中用到的控制理論主要是線性控制理論和反饋控制理論。 本文首先對倒立擺的背景和研究現狀作了總體介紹，簡要的闡述了常見的控制算法。隨后詳細介紹了利用牛頓第二定律及相關的動力學原理建立一級和二級倒立擺的數學模型，并用MAILAB對倒立擺的運動特性進行了仿真。然后研究倒立擺系統的各種控制策略，比較了各種控制方法的效果。 本論文還設計了基于DSP的計算機控制系統。詳細介紹了DSP硬件電路設計和外圍電路設計，用C和匯編語言編寫了系統的控制程序。 最后，對本論文進行了總結，對下一步要進行的工作提出了自己的設想。 整個論文的完成以一定的理論為基礎，既有數學模型的分析與推導，方法理論的探討，又有實際控制系統設計過程，而且研究對象相當典型。本文所完成的工作，既可以作為現代控制理論的教學實驗，對于具有類似模型的其他裝置如兩足機器人的研究也有一定的借鑒作用。
上傳時間： 2013-04-24
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直流電動機具有優良的調速特性,調速平滑、簡單,且范圍大.同時其過載能力大,能承受頻繁的沖擊負載,廣泛應用于切削機床、造紙機等高性能可控電力拖動領域. 以往直流調速系統控制器采用分立元件,其故障率高,穩定性差,技術落后,很難滿足生產的需要.隨著計算機技術及通信技術的發展,數字化直流調速系統克服了這一不足,成為直調系統的主流. 本文設計的系統以DSP為主控芯片,監控系統控制芯片使用P89C669單片機,通過上下位機的數據通訊,實現系統參數設計和調節的數字化.下面是具體工作闡述: 1.設計了電封閉直流調速系統的硬件和軟件,完成兩臺同軸電機的電封閉實驗. 2.主電路使用三菱公司的IPM-PS21867作為功率輸出模塊,同時設計了驅動保護電路、控制電路以及通信保護電路. 3.采用PWM控制方式,編寫了系統的軟件.主要包括主程序、通訊顯示程序以及中斷服務子程序. 4.完成了樣機的整體布局和調試,實現了系統的雙閉環控制. 5.針對由于負載、轉動慣量等的變化影響系統的調速性能,本文基于模型參考自適應控制原理,給出了雙閉環調速系統自適應的Narendra方案的具體實現,通過仿真驗證方案的可行性.
上傳時間： 2013-04-24
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