在實(shí)際應(yīng)用中，對(duì)永磁同步電機(jī)控制精度的要求越來(lái)越高。尤其是在機(jī)器人、航空航天、精密電子儀器等對(duì)電機(jī)性能要求較高的領(lǐng)域，系統(tǒng)的快速性、穩(wěn)定性和魯棒性能好壞成為決定永磁同步電機(jī)性能優(yōu)劣的重要指標(biāo)。傳統(tǒng)電機(jī)系統(tǒng)通常采用PID控制，其本質(zhì)上是一種線性控制，若被控對(duì)象具有非線性特性或有參變量發(fā)生變化，會(huì)使得線性常參數(shù)的PID控制器無(wú)法保持設(shè)計(jì)時(shí)的性能指標(biāo)；在確定PID參數(shù)的過(guò)程中，參數(shù)整定值是具有一定局域性的優(yōu)化值，并不是全局最優(yōu)值。實(shí)際電機(jī)系統(tǒng)具有非線性、參數(shù)時(shí)變及建模過(guò)程復(fù)雜等特點(diǎn)，因此常規(guī)PID控制難以從根本上解決動(dòng)態(tài)品質(zhì)與穩(wěn)態(tài)精度的矛盾。永磁同步電機(jī)是典型的多變量、參數(shù)時(shí)變的非線性控制對(duì)象。先進(jìn)控制方法(諸如智能控制、優(yōu)化算法等)研究應(yīng)用的發(fā)展與深入，為控制復(fù)雜的永磁同步電機(jī)系統(tǒng)開(kāi)辟了嶄新的途徑。由于先進(jìn)控制方法擺脫了對(duì)控制對(duì)象模型的依賴，能夠在處理不精確性和不確定性問(wèn)題中有可處理性、魯棒性，因而將其引入永磁同步電機(jī)控制已成為一個(gè)必然的趨勢(shì)。本文根據(jù)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)目標(biāo)的不同，選取相應(yīng)的先進(jìn)控制方法，并與PID控制相結(jié)合，對(duì)永磁同步電機(jī)各方面性能進(jìn)行有針對(duì)性的優(yōu)化，最終使其控制精度得到顯著的提高。為達(dá)到對(duì)永磁同步電機(jī)進(jìn)行性能優(yōu)化的研究目的，文中首先探討了正弦波永磁同步電機(jī)和方波永磁同步電機(jī)的運(yùn)行特點(diǎn)及控制機(jī)理，通過(guò)建立數(shù)學(xué)模型，對(duì)相應(yīng)的控制系統(tǒng)進(jìn)行了整體分析。針對(duì)永磁同步電機(jī)非線性、強(qiáng)耦合的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)了矢量控制方式下的永磁同步電機(jī)閉環(huán)反饋控制系統(tǒng)。結(jié)合常規(guī)PID控制，將模糊控制、遺傳算法、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和人工免疫等多種先進(jìn)控制方法應(yīng)用于永磁同步電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)、伺服系統(tǒng)和同步傳動(dòng)系統(tǒng)的控制器設(shè)計(jì)中，以滿足不同控制系統(tǒng)對(duì)電機(jī)動(dòng)、靜態(tài)性能的要求以及對(duì)調(diào)速性能或跟隨性能的側(cè)重。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，采用先進(jìn)控制方法的永磁同步電機(jī)具有較好的動(dòng)態(tài)性能、抗擾動(dòng)能力以及較強(qiáng)的魯棒性能；與傳統(tǒng)PID控制相比，系統(tǒng)的控制精度得到了明顯提高。研究結(jié)果驗(yàn)證了先進(jìn)控制方法應(yīng)用于永磁同步電機(jī)性能優(yōu)化的有效性和實(shí)用性。
標(biāo)簽： 先進(jìn)控制 永磁同步電機(jī) 性能優(yōu)化
上傳時(shí)間： 2013-04-24
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永磁同步電機(jī)(PMSM)因其無(wú)需勵(lì)磁電流、運(yùn)行效率和功率密度高,在交流調(diào)速系統(tǒng)中被廣泛的應(yīng)用,但PMSM高性能的矢量控制需要精確的轉(zhuǎn)子位置和速度信號(hào)來(lái)實(shí)現(xiàn)磁場(chǎng)定向。在傳統(tǒng)控制中,一般采用機(jī)械式傳感器來(lái)檢測(cè)轉(zhuǎn)子位置和轉(zhuǎn)速,但是機(jī)械式傳感器存在諸如成本高、可靠性低、不易維護(hù)等問(wèn)題,使得無(wú)速度/位置傳感器控制技術(shù)成為永磁同步電機(jī)控制中的熱點(diǎn)問(wèn)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(jī)基波方程的分析,一般不適用于低速甚至零速,并且對(duì)電機(jī)參數(shù)較為敏感,魯棒性差。本文正是為了解決這個(gè)問(wèn)題,而采用高頻信號(hào)注入法實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)子位置估算,這種方法適合于低速甚至零速,對(duì)電機(jī)參數(shù)的變化不敏感,魯棒性強(qiáng)。主要做了如下的工作： 首先詳細(xì)介紹了永磁同步電機(jī)三種基本結(jié)構(gòu),在建立了旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下永磁同步電機(jī)數(shù)學(xué)模型的基礎(chǔ)上敘述了其矢量控制原理,分析了各種現(xiàn)有的永磁同步電機(jī)無(wú)速度/位置傳感器控制策略；其次在永磁同步電機(jī)矢量控制的基礎(chǔ)上詳細(xì)討論了旋轉(zhuǎn)高頻電壓信號(hào)注入法與脈振高頻電壓信號(hào)注入法提取轉(zhuǎn)子位置的基本原理,并在此基礎(chǔ)上利用MATLAB/SIMULINK仿真工具建立了整個(gè)永磁同步電機(jī)無(wú)速度/位置傳感器矢量控制系統(tǒng)的模型,進(jìn)行了仿真研究,仿真結(jié)果驗(yàn)證了控制算法的正確性。最后利用TI公司推出的數(shù)字信號(hào)處理器DSP芯片TMS320F2812,實(shí)現(xiàn)了基于脈振高頻信號(hào)注入法的永磁同步電機(jī)無(wú)速度/位置傳感器的實(shí)驗(yàn)運(yùn)行,實(shí)驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證了這種方法適合于低速運(yùn)行,對(duì)電機(jī)參數(shù)的變化不敏感,魯棒性強(qiáng)。
標(biāo)簽： 高頻信號(hào) 永磁同步電機(jī) 無(wú)傳感器
上傳時(shí)間： 2013-06-06
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隨著家用空調(diào)的普及應(yīng)用，空調(diào)已日漸成為耗能大戶。我國(guó)經(jīng)濟(jì)建設(shè)多年來(lái)高速發(fā)展，正面臨能源日益緊張的問(wèn)題，由于空調(diào)節(jié)能尚有空間，因此人們普遍關(guān)注空調(diào)節(jié)能技術(shù)。在家用空調(diào)的各種節(jié)能技術(shù)中，直流壓縮機(jī)變頻驅(qū)動(dòng)是發(fā)展的主流方向。從驅(qū)動(dòng)方式上看，直流壓縮機(jī)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(diào)直流壓縮機(jī)具有噪聲低、振動(dòng)小、效率高等特點(diǎn)，更加符合節(jié)能和環(huán)保的發(fā)展方向。 本文主要研究了適用于空調(diào)壓縮機(jī)負(fù)載的無(wú)轉(zhuǎn)子位置傳感器永磁同步電機(jī)矢量控制方法。首先從電機(jī)的基本方程入手，詳細(xì)推導(dǎo)了永磁同步電機(jī)矢量控制的數(shù)學(xué)模型。詳細(xì)分析了各種電流控制策略特點(diǎn)，提出了采用適合直流壓縮機(jī)驅(qū)動(dòng)的MTPA控制方式。 其次提出了具有凸極效應(yīng)的壓縮機(jī)永磁同步電機(jī)的一種簡(jiǎn)化模型，得到了適用于IPMSM的滑模觀測(cè)器，解決了IPMSM在αβ坐標(biāo)系中應(yīng)用滑模觀測(cè)器困難的問(wèn)題。針對(duì)壓縮機(jī)運(yùn)行特點(diǎn)，采用全維狀態(tài)觀測(cè)器方法，實(shí)現(xiàn)IPMSM反電動(dòng)勢(shì)的觀測(cè)，根據(jù)反電動(dòng)勢(shì)計(jì)算出電機(jī)轉(zhuǎn)子位置和轉(zhuǎn)速，實(shí)現(xiàn)了無(wú)傳感器矢量控制。本文詳細(xì)分析了全維狀態(tài)觀測(cè)器的極點(diǎn)配置方法，通過(guò)將四個(gè)極點(diǎn)配置在相同位置，簡(jiǎn)輕了計(jì)算量，也便于實(shí)現(xiàn)。 第三，由于反電動(dòng)勢(shì)估算法在電機(jī)低轉(zhuǎn)速下不能正確估算轉(zhuǎn)子位置，無(wú)法正常閉環(huán)起動(dòng)，本文提出了一種簡(jiǎn)單的用于直流壓縮機(jī)的起動(dòng)方法，實(shí)現(xiàn)了壓縮機(jī)的可靠起動(dòng)。同時(shí)在深入分析電機(jī)等效模型的基礎(chǔ)上，給出了一種簡(jiǎn)單的電機(jī)參數(shù)測(cè)量方法，通過(guò)簡(jiǎn)單測(cè)量和計(jì)算，得到系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)無(wú)傳感器永磁同步電機(jī)矢量控制所需的電感、電阻及反電動(dòng)勢(shì)系數(shù)等關(guān)鍵參數(shù)。 最后通過(guò)MATLAB/Simulimk7.1仿真軟件對(duì)基于滑模觀測(cè)器和基于全維觀測(cè)器的永磁同步電機(jī)矢量控制方法進(jìn)行了仿真驗(yàn)證，設(shè)計(jì)了以TMS320F2403數(shù)字信號(hào)處理器為控制核心的直流壓縮機(jī)矢量控制實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，并進(jìn)行了大量的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。仿真及實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明了本文理論分析和所提方法的正確性，并已應(yīng)用于實(shí)際的直流壓縮機(jī)矢量控制系統(tǒng)。
標(biāo)簽： 空調(diào)壓縮機(jī) 無(wú)傳感器 方法研究
上傳時(shí)間： 2013-06-13
上傳用戶：xuanchangri
隨著永磁同步電機(jī)在許多領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，對(duì)永磁同步電機(jī)的研究成為一種必然的發(fā)展趨勢(shì)，具有實(shí)際的意義和價(jià)值。本文采用TI公司專用于電機(jī)控制的TMS320F240型數(shù)字信號(hào)處理器作為核心，開(kāi)發(fā)了全數(shù)字化的永磁同步電機(jī)矢量控制調(diào)速系統(tǒng)的軟件，并在改進(jìn)的清華電機(jī)控制試驗(yàn)平臺(tái)上進(jìn)行了帶機(jī)試驗(yàn)，結(jié)果驗(yàn)證了系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案的可行性。 本文首先深入的研究了永磁同步電機(jī)的矢量控制理論，建立了永磁同步電機(jī)數(shù)學(xué)模型，并在此基礎(chǔ)上討論了永磁同步電機(jī)的矢量控制調(diào)速方案；然后，以清華電機(jī)控制試驗(yàn)平臺(tái)為基礎(chǔ)介紹了控制系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)，其中主要論述了控制電路各部分及外圍輔助電路的設(shè)計(jì)和調(diào)試。在硬件的基礎(chǔ)上，軟件采用匯編語(yǔ)言編程，實(shí)現(xiàn)了轉(zhuǎn)速和電流雙閉環(huán)矢量控制，并給出了系統(tǒng)主程序和PWM下溢中斷處理程序流程圖，永磁同步電機(jī)矢量控制的主要控制策略如轉(zhuǎn)子相位的初始化、電流采樣、速度位置采樣、矢量坐標(biāo)變換、sinθ、cosθ值生成、PI調(diào)節(jié)、空間電壓矢量(SVPWM)模塊等都是在PWM下溢中斷服務(wù)子程序中完成的。為達(dá)到數(shù)值的統(tǒng)一，對(duì)軟件中所采用的參數(shù)進(jìn)行了定標(biāo)。最后在基于硬件平臺(tái)的基礎(chǔ)上，對(duì)軟件進(jìn)行帶機(jī)調(diào)試，試驗(yàn)表明電機(jī)能快速響應(yīng)并跟蹤給定轉(zhuǎn)速，從而證明整個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的正確性。 另外，本文還在MATLAB／SIMULINK的基礎(chǔ)上，建立采用模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制器的永磁同步電機(jī)的仿真模型，仿真結(jié)果表明：該控制系統(tǒng)具有較好的位置響應(yīng)和抗干擾能力強(qiáng)。 在論文的最后，對(duì)全文的工作做了總結(jié)。
標(biāo)簽： DSP 永磁同步電動(dòng)機(jī) 矢量控制系統(tǒng)
上傳時(shí)間： 2013-07-27
上傳用戶：er1219
隨著電子技術(shù)的快速發(fā)展，各種電子設(shè)備對(duì)時(shí)間精度的要求日益提升。在衛(wèi)星發(fā)射、導(dǎo)航、導(dǎo)彈控制、潛艇定位、各種觀測(cè)、通信等方面，時(shí)鐘同步技術(shù)都發(fā)揮著極其重要的作用，得到了廣泛的推廣。對(duì)于分布式采集系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，中心主站需要對(duì)來(lái)自于不同采集設(shè)備的采集數(shù)據(jù)進(jìn)行匯總和分析，得到各個(gè)采集點(diǎn)對(duì)同一事件的采集時(shí)間差異，通過(guò)對(duì)該時(shí)間差異的分析，最終做出對(duì)事件的準(zhǔn)確判斷。如果分布式采集系統(tǒng)中的各個(gè)采集設(shè)備不具有統(tǒng)一的時(shí)鐘基準(zhǔn)，那么得到的各個(gè)采集時(shí)間差異就不能反映出實(shí)際情況，中心主站也無(wú)法準(zhǔn)確地對(duì)事件進(jìn)行分析和判斷，甚至得出錯(cuò)誤的結(jié)論。因此，時(shí)鐘同步是分布式采集系統(tǒng)正常運(yùn)作的必要前提。 目前國(guó)內(nèi)外時(shí)鐘同步領(lǐng)域常用的技術(shù)有GPS授時(shí)技術(shù)，鎖相環(huán)技術(shù)和IRIG-B 碼等。GPS授時(shí)技術(shù)雖然精度高，抗干擾性強(qiáng)，但是由于需要專用的GPS接收機(jī)，若單純使用GPS 授時(shí)技術(shù)做時(shí)鐘同步，就需要在每個(gè)采集點(diǎn)安裝接收機(jī)，成本較高。鎖相環(huán)是一種讓輸出信號(hào)在頻率和相位上與輸入?yún)⒖夹盘?hào)同步的技術(shù)，輸出信號(hào)的時(shí)鐘準(zhǔn)確度和穩(wěn)定性直接依賴于輸入?yún)⒖夹盘?hào)。IRIG-B 碼是一種信息量大，適合傳輸?shù)臅r(shí)間碼，但是由于其時(shí)間精度低，不適合應(yīng)用于高精度時(shí)鐘同步的系統(tǒng)。基于上述分析，本文結(jié)合這三種常用技術(shù)，提出了一種基于FPGA的分布式采集系統(tǒng)時(shí)鐘同步控制技術(shù)。該技術(shù)既保留了GPS 授時(shí)的高精確度和高穩(wěn)定性，又具備IRIG-B時(shí)間碼易傳輸和低成本的特性，為分布式采集系統(tǒng)中的時(shí)鐘同步提供了一種新的解決方案。 本文中的設(shè)計(jì)采用了Ublox公司的精確授時(shí)GPS芯片LEA-5T，通過(guò)對(duì)GPS芯片串行時(shí)間信息解碼，獲得準(zhǔn)確的UTC時(shí)間，并實(shí)現(xiàn)了分布式采集系統(tǒng)中各個(gè)采集設(shè)備的精確時(shí)間打碼。為了能夠使整個(gè)分布式采集系統(tǒng)具有統(tǒng)一的高精度數(shù)據(jù)采集時(shí)鐘，本論文采用了數(shù)模混合的鎖相環(huán)技術(shù)，將GPS 接收芯片輸出的高精度秒信號(hào)作為參考基準(zhǔn)，生成了與秒信號(hào)高精度同步的100MHZ 高頻時(shí)鐘。本文在FPGA 中完成了IRIG-B 碼的編碼部分，將B 碼的準(zhǔn)時(shí)標(biāo)志與GPS 秒信號(hào)同步，提高了IRIG-B 碼的時(shí)間精度。在分布式采集系統(tǒng)中，IRIG-B時(shí)間碼能直接通過(guò)串口或光纖將各個(gè)采集點(diǎn)時(shí)間與UTC時(shí)間統(tǒng)一，節(jié)約了各點(diǎn)布設(shè)GPS 接收機(jī)的高昂成本。最后，通過(guò)PC104總線對(duì)時(shí)鐘同步控制卡進(jìn)行了數(shù)據(jù)讀取和測(cè)試，通過(guò)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的分析，提出了改進(jìn)方案。實(shí)驗(yàn)表明，改進(jìn)后的時(shí)鐘同步控制方案具有很高的時(shí)鐘同步精度，對(duì)時(shí)鐘同步技術(shù)有著重大的推進(jìn)意義！
上傳時(shí)間： 2013-08-05
上傳用戶：lz4v4
便攜式B型超聲診斷儀具有無(wú)創(chuàng)傷、簡(jiǎn)便易行、相對(duì)價(jià)廉等優(yōu)勢(shì)，在臨床中越來(lái)越得到廣泛的應(yīng)用。它將超聲波技術(shù)、微電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、機(jī)械設(shè)計(jì)與制造及生物醫(yī)學(xué)工程等技術(shù)融合在一起。開(kāi)展該課題的研究對(duì)提高臨床診斷能力和促進(jìn)我國(guó)醫(yī)療事業(yè)的發(fā)展具有重要的意義。 便攜式B型超聲診斷儀由人機(jī)交互系統(tǒng)、探頭、成像系統(tǒng)、顯示系統(tǒng)構(gòu)成。其基本工作過(guò)程是：首先人機(jī)交互系統(tǒng)接收到用戶通過(guò)鍵盤(pán)或鼠標(biāo)發(fā)出的命令，然后成像系統(tǒng)根據(jù)命令控制探頭發(fā)射超聲波，并對(duì)回波信號(hào)處理、合成圖像，最后通過(guò)顯示系統(tǒng)完成圖像的顯示。 成像系統(tǒng)作為便攜式B型超聲診斷儀的核心對(duì)圖像質(zhì)量有決定性影響，但以前研制的便攜式B型超聲診斷儀的成像系統(tǒng)在三個(gè)方面存在不足：第一、采用的是單片機(jī)控制步進(jìn)電機(jī)，控制精度不高，導(dǎo)致成像系統(tǒng)采樣不精確；第二、采用的數(shù)字掃描變換算法太粗糙，影響超聲圖像的分辨率；第三、它的CPU多采用的是51系列單片機(jī)，測(cè)量速度太慢，同時(shí)也不便于系統(tǒng)升級(jí)和擴(kuò)展。 針對(duì)以上不足，提出了基于FPGA的B型超聲成像系統(tǒng)解決方案，采用Altera公司的EP2C5Q208C8芯片實(shí)現(xiàn)了步進(jìn)電機(jī)步距角的細(xì)分，使電機(jī)旋轉(zhuǎn)更勻速，提高了采樣精度；提出并采用DSTI-ULA算法（Uniform Ladder Algorithm based on Double Sample and Trilinear Interotation）在FPGA內(nèi)實(shí)現(xiàn)數(shù)字掃描變換，提高了圖像分辨率；人機(jī)交互系統(tǒng)采用S3C2410-AL作為CPU，改善了測(cè)量速度和系統(tǒng)的擴(kuò)展性。 通過(guò)對(duì)系統(tǒng)硬件電路的設(shè)計(jì)、制作，軟件的編寫(xiě)、調(diào)試，結(jié)果表明，本文所設(shè)計(jì)的便攜式B型超聲成像系統(tǒng)圖像分辨率高、測(cè)量速度快、體積小、操作方便。本文所設(shè)計(jì)的便攜式B型超聲診斷儀可在野外作業(yè)和搶險(xiǎn)（諸如地震、抗洪）中發(fā)揮作用，同時(shí)也可在鄉(xiāng)村診所中完成對(duì)相關(guān)疾病的診斷工作。
上傳時(shí)間： 2013-05-18
上傳用戶：helmos
隨著電力電子技術(shù)、微處理器技術(shù)、控制理論及永磁材料等技術(shù)的快速發(fā)展，以永磁同步電機(jī)作為控制對(duì)象的傳動(dòng)領(lǐng)域得到了越來(lái)越廣泛的關(guān)注，隨著FPGA的技術(shù)的普及和廣泛應(yīng)用，使得各種先進(jìn)的控制算法得以實(shí)現(xiàn)，于是數(shù)字化、智能化的永磁交流控制器成為必然的發(fā)展趨勢(shì)和當(dāng)前的研究熱點(diǎn)。本文的主要工作就是圍繞數(shù)字化的永磁同步電機(jī)控制器研究來(lái)展開(kāi)。首先深入研究了永磁同步電機(jī)的數(shù)學(xué)建模方法及電機(jī)控制策略問(wèn)題。在對(duì)永磁同步電機(jī)的數(shù)學(xué)模型進(jìn)行了推導(dǎo)的基礎(chǔ)上，在PSIM仿真軟件中建立了永磁同步電機(jī)的電機(jī)模型，提出了一種永磁同步電機(jī)傳統(tǒng)控制系統(tǒng)仿真建模的新方法。其次對(duì)常用的數(shù)字脈寬調(diào)制方法進(jìn)行了數(shù)學(xué)推導(dǎo)，并對(duì)滑模控制理論和矢量控制進(jìn)行了深入的研究分析，將滑模變結(jié)構(gòu)控制應(yīng)用于永磁同步電機(jī)的調(diào)速系統(tǒng)中，改善了傳統(tǒng)PI控制器參數(shù)整定繁瑣、系統(tǒng)魯棒性差的缺點(diǎn)，仿真結(jié)果驗(yàn)證了該系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案的優(yōu)越性。最后在永磁同步電機(jī)建模仿真的基礎(chǔ)上，根據(jù)永磁同步電機(jī)控制器的設(shè)計(jì)要求及FPGA的特點(diǎn)，提出永磁同步電機(jī)控制器的的設(shè)計(jì)方案。按照FPGA模塊化設(shè)計(jì)思想，將整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行了合理的劃分，分別對(duì)SVPWM、Park變換、SMC、反饋速度測(cè)量等重要模塊的FPGA硬件實(shí)現(xiàn)算法進(jìn)行了深入的研究。各模塊在Modelsim平臺(tái)上完成功能仿真后并下載到Spartan-3E開(kāi)發(fā)板上完成硬件驗(yàn)證，驗(yàn)證結(jié)果表明：永磁同步電機(jī)在低速和高速時(shí)都能穩(wěn)定運(yùn)行，從而證實(shí)了本設(shè)計(jì)方案的可行性。
上傳時(shí)間： 2013-04-24
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橫向磁通電機(jī)是近些年來(lái)出現(xiàn)的一種新型結(jié)構(gòu)的電機(jī)，由于其轉(zhuǎn)矩密度和功率密度大的優(yōu)點(diǎn)受到了廣泛的關(guān)注，但我國(guó)對(duì)該種電機(jī)的研究尚處于起步階段。 本課題是國(guó)家863計(jì)劃項(xiàng)目——“新型稀土永磁電機(jī)設(shè)計(jì)與集成技術(shù)(課題編號(hào)：2002AA324020)”中有關(guān)橫向磁通永磁同步電動(dòng)機(jī)的部分。本課題的目標(biāo)就是要充分發(fā)揮橫向磁通電機(jī)功率密度和轉(zhuǎn)矩密度大的優(yōu)點(diǎn)，克服其功率因數(shù)低的缺點(diǎn)，對(duì)橫向磁通永磁同步電動(dòng)機(jī)的磁場(chǎng)進(jìn)行計(jì)算、分析，找出功率因數(shù)偏低的原因，并提出相應(yīng)的改進(jìn)方法和建議。在此基礎(chǔ)上進(jìn)行樣機(jī)的研制，對(duì)理論成果進(jìn)行驗(yàn)證，并力爭(zhēng)樣機(jī)在性能和工藝指標(biāo)上有所突破，部分指標(biāo)達(dá)到國(guó)際領(lǐng)先水平。 本文介紹了橫向磁通永磁電機(jī)的特點(diǎn)及運(yùn)行原理，并按照不同的分類方式介紹了橫向磁通電機(jī)的各種結(jié)構(gòu)。三維磁場(chǎng)的有限元計(jì)算十分復(fù)雜、計(jì)算量大，因此傳統(tǒng)電機(jī)均采用簡(jiǎn)化的二維磁場(chǎng)進(jìn)行計(jì)算。但是橫向磁通電機(jī)由于結(jié)構(gòu)特殊，無(wú)法采用簡(jiǎn)化的二維磁場(chǎng)的計(jì)算方法進(jìn)行分析。因此本文利用ANSYS軟件建立了樣機(jī)模型，對(duì)樣機(jī)進(jìn)行了三維電磁場(chǎng)分析。在電磁場(chǎng)計(jì)算的基礎(chǔ)上，進(jìn)行了電機(jī)空載反電勢(shì)，空載漏磁系數(shù)，電磁轉(zhuǎn)矩等相關(guān)參數(shù)的計(jì)算，討論了橫向磁通永磁同步電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)變化對(duì)參數(shù)的影響。本文特別針對(duì)橫向磁通永磁電機(jī)功率因數(shù)較低這一問(wèn)題進(jìn)行了分析，找出了功率因數(shù)偏低的原因，提出了相應(yīng)的改善方法和建議，對(duì)橫向磁通電機(jī)的理論研究和設(shè)計(jì)應(yīng)用分析方法進(jìn)行了探討。本文利用電磁場(chǎng)計(jì)算的結(jié)果，完成了電機(jī)運(yùn)行特性仿真，克服了采用傳統(tǒng)磁路等效的方法帶來(lái)的誤差。最后，通過(guò)與樣機(jī)測(cè)試結(jié)果的對(duì)照研究，驗(yàn)證和完善分析方法，并為進(jìn)一步獲得性能更加優(yōu)異的樣機(jī)奠定了基礎(chǔ)。
標(biāo)簽： 磁通 永磁同步電動(dòng)機(jī) 性能分析 磁場(chǎng)
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盤(pán)式永磁同步電動(dòng)機(jī)屬于軸向磁場(chǎng)電機(jī)，目前，該類電機(jī)在國(guó)外已經(jīng)得到了迅速發(fā)展，作為一種現(xiàn)代高性能伺服電機(jī)和大力矩直接驅(qū)動(dòng)電機(jī)己廣泛應(yīng)用于機(jī)器人等機(jī)電一體化產(chǎn)品中。由于該類電機(jī)具有重量輕、體積小、結(jié)構(gòu)緊湊、轉(zhuǎn)子無(wú)損耗、轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小、機(jī)電時(shí)間常數(shù)小、轉(zhuǎn)矩/重量比大、低速運(yùn)行平穩(wěn)、可以制成多氣隙組合式結(jié)構(gòu)進(jìn)一步提高轉(zhuǎn)矩等特點(diǎn)，其在數(shù)控機(jī)床、機(jī)器人、電動(dòng)車、電梯、家用電器等場(chǎng)合具有廣闊的應(yīng)用前景，是一種理想的驅(qū)動(dòng)裝置。 本課題作為國(guó)家863計(jì)劃項(xiàng)目《新型稀土永磁電機(jī)設(shè)計(jì)及集成技術(shù)》2002AA324020中的一部分，該項(xiàng)目的主要工作是進(jìn)行新型結(jié)構(gòu)釹鐵硼永磁電機(jī)——盤(pán)式無(wú)鐵心永磁同步電動(dòng)機(jī)的設(shè)計(jì)與集成技術(shù)研究，開(kāi)發(fā)出一種新型釹鐵硼永磁電機(jī)，解決相應(yīng)的整機(jī)設(shè)計(jì)和集成技術(shù)問(wèn)題。本文中提出的基于Halbach陣列的盤(pán)式無(wú)鐵心永磁同步電動(dòng)機(jī)是在盤(pán)式永磁同步電動(dòng)機(jī)的基礎(chǔ)上，將無(wú)鐵心結(jié)構(gòu)和Halbach型永磁體陣列應(yīng)用到其中，從而使得電機(jī)的質(zhì)量大為減輕，功率密度提高，振動(dòng)噪聲降低，效率提高。 基于Halbach陣列的盤(pán)式無(wú)鐵心永磁同步電動(dòng)機(jī)其磁路結(jié)構(gòu)和電磁負(fù)荷分布與傳統(tǒng)電機(jī)完全不同，常規(guī)電機(jī)的某些設(shè)計(jì)規(guī)則不能直接應(yīng)用到該結(jié)構(gòu)電機(jī)的設(shè)計(jì)當(dāng)中，本文主要針對(duì)這種結(jié)構(gòu)的電機(jī)進(jìn)行了分析與計(jì)算。分析了不同結(jié)構(gòu)Halbach陣列下的氣隙磁場(chǎng)，以及相關(guān)參數(shù)的計(jì)算，給出了初步的樣機(jī)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)，并對(duì)樣機(jī)的加工工藝進(jìn)行了探討，在總結(jié)、借鑒相關(guān)電機(jī)設(shè)計(jì)方法的基礎(chǔ)上，針對(duì)盤(pán)式無(wú)鐵心永磁同步電動(dòng)機(jī)自身的特點(diǎn)，編制了一套電磁計(jì)算程序，該程序還有待通過(guò)大量樣機(jī)的試驗(yàn)，來(lái)總結(jié)和完善。 我國(guó)稀土資源豐富，然而，由于技術(shù)經(jīng)濟(jì)上的問(wèn)題，國(guó)產(chǎn)永磁交流伺服電動(dòng)機(jī)至今未能大量應(yīng)用。與此同時(shí)，高性能的永磁交流伺服電動(dòng)機(jī)及系統(tǒng)大量依靠進(jìn)口，我國(guó)每年進(jìn)口的工程裝備當(dāng)中，僅數(shù)控機(jī)床因國(guó)產(chǎn)電機(jī)和系統(tǒng)不能滿足要求而每年需要進(jìn)口的就達(dá)22億美元以上。本項(xiàng)目的完成將改變這類產(chǎn)品主要依靠進(jìn)口的局面，充分發(fā)揮我國(guó)稀土資源豐富的優(yōu)勢(shì)，其經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益是十分巨大的。
標(biāo)簽： HALBACH 陣列 永磁同步電動(dòng)機(jī) 分
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永磁同步電機(jī)(PMSM)是一種性能優(yōu)越、應(yīng)用前景廣闊的電機(jī)。永磁同步電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)是以永磁同步電機(jī)為控制對(duì)象，采用變壓變頻技術(shù)對(duì)電機(jī)進(jìn)行調(diào)速的控制系統(tǒng)。因其具有能耗低、可靠性高、控制精確等優(yōu)點(diǎn)，在許多領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。然而，轉(zhuǎn)子無(wú)阻尼繞組的PMSM的采用變頻技術(shù)開(kāi)環(huán)運(yùn)行時(shí)，系統(tǒng)不太穩(wěn)定，電機(jī)效率有所下降，轉(zhuǎn)子溫升高，易造成釹鐵硼永磁體退磁，危及電機(jī)安全運(yùn)行，有時(shí)甚至還會(huì)出現(xiàn)失步現(xiàn)象，系統(tǒng)無(wú)法運(yùn)行。PMSM控制系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行控制都是建立在閉環(huán)控制基礎(chǔ)之上的，因此如何獲取轉(zhuǎn)子位置和速度信號(hào)是整個(gè)系統(tǒng)中相當(dāng)重要的一個(gè)環(huán)節(jié)。當(dāng)前，在大多數(shù)調(diào)速驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中，最常用的方法是在轉(zhuǎn)子軸上安裝位置傳感器。但這些傳感器增加了系統(tǒng)的成本，降低了系統(tǒng)的可靠性和耐用性。因此，在一些特殊及控制精度要求不很高的場(chǎng)合，無(wú)傳感器控制將會(huì)得到廣泛的應(yīng)用。它通過(guò)測(cè)量電動(dòng)機(jī)的電流、電壓等可測(cè)量的物理量，通過(guò)特定的觀測(cè)器策略估算轉(zhuǎn)子位置，提取永磁轉(zhuǎn)子的位置和速度信息，完成閉環(huán)控制。本文以無(wú)位置傳感器PMSM控制系統(tǒng)作為研究對(duì)象，介紹了永磁同步電機(jī)的結(jié)構(gòu)及其數(shù)學(xué)模型，詳細(xì)地闡述了空間矢量脈寬調(diào)制(SVPWM)技術(shù)的理論基礎(chǔ)及其波形的產(chǎn)生機(jī)制，并對(duì)閉環(huán)控制策略進(jìn)行了研究。鑒于數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)TMS320LF2407控制芯片出色的性能和豐富的外設(shè)資源，使用該芯片設(shè)計(jì)了控制系統(tǒng)的硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)，通過(guò)對(duì)整個(gè)控制系統(tǒng)的試驗(yàn)調(diào)試，實(shí)現(xiàn)了永磁同步電機(jī)的無(wú)位置傳感器控制。 本文借助于MATLAB建立了永磁同步電機(jī)的仿真數(shù)學(xué)模型，并根據(jù)空間矢量脈寬調(diào)制的工作原理，構(gòu)建了永磁同步電機(jī)調(diào)速控制系統(tǒng)的仿真模型。系統(tǒng)采用αβ定子靜止坐標(biāo)系下的數(shù)學(xué)模型，依據(jù)滑模變結(jié)構(gòu)控制原理，對(duì)永磁電機(jī)的轉(zhuǎn)子位置角θe和轉(zhuǎn)速ωe進(jìn)行實(shí)時(shí)在線估算，不斷修正估算位置^θe，控制定子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)與轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)垂直并保持與轉(zhuǎn)子同步旋轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)電機(jī)的閉環(huán)調(diào)速運(yùn)行。理論分析和仿真結(jié)果表明，所提出的永磁同步電機(jī)無(wú)傳感器控制方法具有較強(qiáng)的魯棒性和令人滿意的性能。
標(biāo)簽： 滑模觀測(cè)器 永磁同步電機(jī) 無(wú)位置傳感器 控制
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