在現(xiàn)代交流伺服系統(tǒng)中，矢量控制原理以及空間電壓矢量脈寬調(diào)制（SVPWM）技術(shù)使得交流電機能夠獲得和直流電機相媲美的性能。永磁同步電機（PMSM）是一個復(fù)雜耦合的非線性系統(tǒng)。本文在Matlab/Simulink環(huán)境下，通過對PMSM本體、d/q坐標(biāo)系向a/b/c坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換等模塊的建立與組合，構(gòu)建了永磁同步電機控制系統(tǒng)仿真模型。仿真結(jié)果證明了該系統(tǒng)模型的有效性。
標(biāo)簽： MatlabSimulink PMSM 永磁同步電機
上傳時間： 2013-04-24
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本課題為研究大功率永磁無刷直流電機及其驅(qū)動系統(tǒng)而設(shè)計了一臺50kW 多相永磁無刷直流電機，該電機的設(shè)計最大限度地模擬了某大功率多相永磁無刷直流電機的基本結(jié)構(gòu)，驅(qū)動系統(tǒng)也基本采用了某大功率永磁無刷直流電機的主電路結(jié)構(gòu)。全文內(nèi)容如下： 本文介紹了一種以晶閘管為主要功率元件的大功率永磁無刷直流電機驅(qū)動系統(tǒng)。本文通過對電機各運行的狀態(tài)的分類分析，總結(jié)了這種驅(qū)動系統(tǒng)的觸發(fā)邏輯控制規(guī)律，優(yōu)化了邏輯控制程序，為永磁無刷直流電機驅(qū)動系統(tǒng)的仿真和實際系統(tǒng)的開發(fā)提供了依據(jù)。 本文通過對驅(qū)動系統(tǒng)換流過程的詳細(xì)分析，總結(jié)了有關(guān)參數(shù)如電機電感、換相電容等對電機換流過程的影響程度、趨勢和規(guī)律。給出了驅(qū)動系統(tǒng)主要參數(shù)選取的依據(jù)和選擇方法，并通過樣機進行了實驗驗證，為大功率永磁無刷直流電機驅(qū)動系統(tǒng)的主電路設(shè)計提供理論支持。為準(zhǔn)確預(yù)測大功率永磁無刷直流電機驅(qū)動系統(tǒng)的運行性能，建立了永磁無刷直流電機的電路模型和S函數(shù)模型，并闡述了其在Matlab/Simulink 平臺下的建模原理和實現(xiàn)方法。 本文提出的兩種電機模型，相互補充，準(zhǔn)確預(yù)知了永磁無刷電機驅(qū)動系統(tǒng)的運行特性，大大加速驅(qū)動系統(tǒng)研制過程。其中，電路模型具有仿真效率高，便于研究驅(qū)動系統(tǒng)主電路參數(shù)對系統(tǒng)性能的影響，從而對主電路參數(shù)進行優(yōu)化；S 函數(shù)模型便于對電機內(nèi)部細(xì)節(jié)進行分析，為揭示電機內(nèi)部變量的變化規(guī)律提供了有力的手段。
標(biāo)簽： 大功率 無刷直流電機 系統(tǒng)研究
上傳時間： 2013-07-04
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該文著重研究了稀土永磁(REPM)無刷直流電動機(BLDCM)的高性能控制技術(shù).在全面分析了稀土永磁無刷直流電動機的結(jié)構(gòu)特點、工作原理、運行方式以及外部特性的基礎(chǔ)上,通過系統(tǒng)建模和數(shù)字仿真分析,分別針對航空低壓直流(LVDC)和高壓直流(HVDC)兩種電動機構(gòu)用永磁無刷電動機,在小范圍轉(zhuǎn)速連續(xù)調(diào)節(jié)下的閉環(huán)穩(wěn)速控制技術(shù)進行了詳細(xì)理論研究,提出了利用轉(zhuǎn)子位置傳感器信號間接測量電機轉(zhuǎn)速進行電機轉(zhuǎn)速閉環(huán)穩(wěn)速控制的策略.同時就兩套無刷直流電動機控制器的硬件電路和軟件程序問題進行了重點工程設(shè)計,采用了高性能的AT89C2051和AT89C51單片機作為微處理器,用數(shù)字軟件技術(shù)對電機進行調(diào)速和轉(zhuǎn)速閉環(huán)控制,使電機在一定范圍內(nèi)能夠進行精確調(diào)速和速度穩(wěn)定控制.通過優(yōu)化設(shè)計、軟硬件結(jié)合,實現(xiàn)了控制器小型化,提高了控制器可靠性,減小了體積與重量.永磁無刷直流電動機控制器樣機的測試結(jié)果表明:電機轉(zhuǎn)速可在要求范圍內(nèi)連續(xù)調(diào)節(jié),在幾乎三倍的額定轉(zhuǎn)矩范圍內(nèi),電機轉(zhuǎn)速在設(shè)定值下可保持高于指標(biāo)精度的穩(wěn)定工作,控制器之間通用性強、散熱可靠.
標(biāo)簽： 電動 機構(gòu) 無刷直流電動機 控制
上傳時間： 2013-07-03
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橫向磁通電機是近些年來出現(xiàn)的一種新型結(jié)構(gòu)的電機，由于其轉(zhuǎn)矩密度和功率密度大的優(yōu)點受到了廣泛的關(guān)注，但我國對該種電機的研究尚處于起步階段。 本課題是國家863計劃項目——“新型稀土永磁電機設(shè)計與集成技術(shù)(課題編號：2002AA324020)”中有關(guān)橫向磁通永磁同步電動機的部分。本課題的目標(biāo)就是要充分發(fā)揮橫向磁通電機功率密度和轉(zhuǎn)矩密度大的優(yōu)點，克服其功率因數(shù)低的缺點，對橫向磁通永磁同步電動機的磁場進行計算、分析，找出功率因數(shù)偏低的原因，并提出相應(yīng)的改進方法和建議。在此基礎(chǔ)上進行樣機的研制，對理論成果進行驗證，并力爭樣機在性能和工藝指標(biāo)上有所突破，部分指標(biāo)達到國際領(lǐng)先水平。 本文介紹了橫向磁通永磁電機的特點及運行原理，并按照不同的分類方式介紹了橫向磁通電機的各種結(jié)構(gòu)。三維磁場的有限元計算十分復(fù)雜、計算量大，因此傳統(tǒng)電機均采用簡化的二維磁場進行計算。但是橫向磁通電機由于結(jié)構(gòu)特殊，無法采用簡化的二維磁場的計算方法進行分析。因此本文利用ANSYS軟件建立了樣機模型，對樣機進行了三維電磁場分析。在電磁場計算的基礎(chǔ)上，進行了電機空載反電勢，空載漏磁系數(shù)，電磁轉(zhuǎn)矩等相關(guān)參數(shù)的計算，討論了橫向磁通永磁同步電動機的結(jié)構(gòu)變化對參數(shù)的影響。本文特別針對橫向磁通永磁電機功率因數(shù)較低這一問題進行了分析，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，對橫向磁通電機的理論研究和設(shè)計應(yīng)用分析方法進行了探討。本文利用電磁場計算的結(jié)果，完成了電機運行特性仿真，克服了采用傳統(tǒng)磁路等效的方法帶來的誤差。最后，通過與樣機測試結(jié)果的對照研究，驗證和完善分析方法，并為進一步獲得性能更加優(yōu)異的樣機奠定了基礎(chǔ)。
上傳時間： 2013-04-24
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盤式永磁同步電動機屬于軸向磁場電機，目前，該類電機在國外已經(jīng)得到了迅速發(fā)展，作為一種現(xiàn)代高性能伺服電機和大力矩直接驅(qū)動電機己廣泛應(yīng)用于機器人等機電一體化產(chǎn)品中。由于該類電機具有重量輕、體積小、結(jié)構(gòu)緊湊、轉(zhuǎn)子無損耗、轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動慣量小、機電時間常數(shù)小、轉(zhuǎn)矩/重量比大、低速運行平穩(wěn)、可以制成多氣隙組合式結(jié)構(gòu)進一步提高轉(zhuǎn)矩等特點，其在數(shù)控機床、機器人、電動車、電梯、家用電器等場合具有廣闊的應(yīng)用前景，是一種理想的驅(qū)動裝置。 本課題作為國家863計劃項目《新型稀土永磁電機設(shè)計及集成技術(shù)》2002AA324020中的一部分，該項目的主要工作是進行新型結(jié)構(gòu)釹鐵硼永磁電機——盤式無鐵心永磁同步電動機的設(shè)計與集成技術(shù)研究，開發(fā)出一種新型釹鐵硼永磁電機，解決相應(yīng)的整機設(shè)計和集成技術(shù)問題。本文中提出的基于Halbach陣列的盤式無鐵心永磁同步電動機是在盤式永磁同步電動機的基礎(chǔ)上，將無鐵心結(jié)構(gòu)和Halbach型永磁體陣列應(yīng)用到其中，從而使得電機的質(zhì)量大為減輕，功率密度提高，振動噪聲降低，效率提高。 基于Halbach陣列的盤式無鐵心永磁同步電動機其磁路結(jié)構(gòu)和電磁負(fù)荷分布與傳統(tǒng)電機完全不同，常規(guī)電機的某些設(shè)計規(guī)則不能直接應(yīng)用到該結(jié)構(gòu)電機的設(shè)計當(dāng)中，本文主要針對這種結(jié)構(gòu)的電機進行了分析與計算。分析了不同結(jié)構(gòu)Halbach陣列下的氣隙磁場，以及相關(guān)參數(shù)的計算，給出了初步的樣機設(shè)計數(shù)據(jù)，并對樣機的加工工藝進行了探討，在總結(jié)、借鑒相關(guān)電機設(shè)計方法的基礎(chǔ)上，針對盤式無鐵心永磁同步電動機自身的特點，編制了一套電磁計算程序，該程序還有待通過大量樣機的試驗，來總結(jié)和完善。 我國稀土資源豐富，然而，由于技術(shù)經(jīng)濟上的問題，國產(chǎn)永磁交流伺服電動機至今未能大量應(yīng)用。與此同時，高性能的永磁交流伺服電動機及系統(tǒng)大量依靠進口，我國每年進口的工程裝備當(dāng)中，僅數(shù)控機床因國產(chǎn)電機和系統(tǒng)不能滿足要求而每年需要進口的就達22億美元以上。本項目的完成將改變這類產(chǎn)品主要依靠進口的局面，充分發(fā)揮我國稀土資源豐富的優(yōu)勢，其經(jīng)濟效益和社會效益是十分巨大的。
標(biāo)簽： HALBACH 陣列 永磁同步電動機 分
上傳時間： 2013-04-24
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永磁同步電機(PMSM)是一種性能優(yōu)越、應(yīng)用前景廣闊的電機。永磁同步電機調(diào)速系統(tǒng)是以永磁同步電機為控制對象，采用變壓變頻技術(shù)對電機進行調(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，在許多領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。然而，轉(zhuǎn)子無阻尼繞組的PMSM的采用變頻技術(shù)開環(huán)運行時，系統(tǒng)不太穩(wěn)定，電機效率有所下降，轉(zhuǎn)子溫升高，易造成釹鐵硼永磁體退磁，危及電機安全運行，有時甚至還會出現(xiàn)失步現(xiàn)象，系統(tǒng)無法運行。PMSM控制系統(tǒng)穩(wěn)定運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)子位置和速度信號是整個系統(tǒng)中相當(dāng)重要的一個環(huán)節(jié)。當(dāng)前，在大多數(shù)調(diào)速驅(qū)動系統(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合，無傳感器控制將會得到廣泛的應(yīng)用。它通過測量電動機的電流、電壓等可測量的物理量，通過特定的觀測器策略估算轉(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。本文以無位置傳感器PMSM控制系統(tǒng)作為研究對象，介紹了永磁同步電機的結(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)生機制，并對閉環(huán)控制策略進行了研究。鑒于數(shù)字信號處理器(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)計了控制系統(tǒng)的硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)，通過對整個控制系統(tǒng)的試驗調(diào)試，實現(xiàn)了永磁同步電機的無位置傳感器控制。 本文借助于MATLAB建立了永磁同步電機的仿真數(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，對永磁電機的轉(zhuǎn)子位置角θe和轉(zhuǎn)速ωe進行實時在線估算，不斷修正估算位置^θe，控制定子旋轉(zhuǎn)磁場與轉(zhuǎn)子磁場垂直并保持與轉(zhuǎn)子同步旋轉(zhuǎn)，實現(xiàn)電機的閉環(huán)調(diào)速運行。理論分析和仿真結(jié)果表明，所提出的永磁同步電機無傳感器控制方法具有較強的魯棒性和令人滿意的性能。
標(biāo)簽： 滑模觀測器 永磁同步電機 無位置傳感器 控制
上傳時間： 2013-04-24
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音圈電機(VoiceCoilMotor，簡稱VCM)是特種直線電機，其工作原理與揚聲器的音圈類似。其最突出的特點是體積小、重量輕，動作速度快，可以達到很高的定位精度，推力均勻。自從問世以來，廣泛的應(yīng)用在計算機存儲設(shè)備、航天儀器(例如航天制冷機)、精密測距儀器(例如霍爾位移測量裝置)、精密車床以及移動電話中。目前，生產(chǎn)出的VCM電機廣泛應(yīng)用于消費類和生產(chǎn)類市場，特別是高檔家用電器和計算機中。 針對目前我國VCM結(jié)構(gòu)設(shè)計的不足及工藝的落后，本文結(jié)合現(xiàn)有的加工工藝，研究永磁VCM的設(shè)計及結(jié)構(gòu)優(yōu)化，具體內(nèi)容如下： 首先，介紹VCM工作原理，以及內(nèi)磁式與外磁式、長音圈與短音圈、動圈式與動鐵式、直線式與搖臂式等不同結(jié)構(gòu)VCM及相應(yīng)特點，闡述了力矩常數(shù)的意義及其對電機性能的影響，并詳細(xì)介紹了VCM在光盤驅(qū)動器、硬盤驅(qū)動器，以及在電刷試驗臺(提供靜壓力)中的典型應(yīng)用。 其次，從電機電磁場的基本理論出發(fā)，介紹有限元及其在電磁場仿真計算中的應(yīng)用，并采用有限元軟件ANSYS，結(jié)合實際算例，對VCM進行建模和仿真。 再次，文中詳細(xì)介紹了永磁VCM的設(shè)計過程，提出了設(shè)計方法以供參考，其中包含了定量計算，包括了永磁體材料的選擇、體積的計算，音圈的設(shè)計(匝數(shù)計算及選型)，以及電機整體的機械結(jié)構(gòu)設(shè)計。 最后，結(jié)合設(shè)計VCM應(yīng)當(dāng)遵循的原則，提出了若干結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計方案。在理論推導(dǎo)和分析的基礎(chǔ)上，結(jié)合仿真軟件ANSYS，對幾種結(jié)構(gòu)分別進行了電機電磁場以及電機性能的仿真分析，其中包括：采用釹鐵硼永磁的單勵磁結(jié)構(gòu)VCM與傳統(tǒng)鐵氧體VCM的性能差異；增加極靴對VCM性能影響；增加短路環(huán)及變換結(jié)構(gòu)對VCM動態(tài)響應(yīng)速度的影響等。
標(biāo)簽： 磁場 優(yōu)化設(shè)計 計算 音圈電機
上傳時間： 2013-06-10
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永磁同步電機(PMSM)是一種性能優(yōu)越、應(yīng)用領(lǐng)域廣闊的電機，其傳統(tǒng)的理論分析與設(shè)計方法已比較成熟。它的進一步推廣應(yīng)用，在很大程度上有賴于對控制策略的研究。實踐中，使用通用變壓變頻(VVVF)變頻器來驅(qū)動沒有阻尼繞組的永磁同步電動機開環(huán)運行時，有時電機的運行頻率超過某一頻率，系統(tǒng)就會變得不穩(wěn)定，甚至導(dǎo)致系統(tǒng)失步。本文研究了無位置傳感器的永磁同步電機的速度控制問題。 論文提出了一種將推廣卡爾曼濾波(EKF)原理應(yīng)用于永磁同步電機無位置傳感器調(diào)速系統(tǒng)的方法。對永磁同步電機的數(shù)學(xué)模型和卡爾曼濾波原理作了詳細(xì)的分析，在dq轉(zhuǎn)子同步坐標(biāo)系中應(yīng)用推廣卡爾曼濾波算法，對永磁同步電機的轉(zhuǎn)角和轉(zhuǎn)速進行實時在線估計。所選取的濾波算法只需測量電流和逆變器直流母線電壓，具有不改造電機、可靠性高和經(jīng)濟耐用的優(yōu)點。利用在線估計出的轉(zhuǎn)速和電流實現(xiàn)轉(zhuǎn)速電流雙閉環(huán)的永磁同步電機矢量控制。同時還提出了基于磁飽和原理的永磁轉(zhuǎn)子初始位置的檢測方法。針對轉(zhuǎn)子磁場定向方式及矢量控制方案，采用了空間矢量脈寬調(diào)制方法對系統(tǒng)進行控制，此方法可以輸出任意給定位置的電壓矢量，在不增加功率管開關(guān)頻率和不增加系統(tǒng)復(fù)雜性的前提下，明顯提高電機的調(diào)速性能。 在Matlab6.5環(huán)境下進行的系統(tǒng)仿真實驗表明，所提出的位置估計算法和控制方法具有優(yōu)良的轉(zhuǎn)角跟蹤特性和速度控制性能，同時系統(tǒng)具有較強的抗負(fù)載擾動性能和較好的魯棒性。實驗結(jié)果表明本文的方法達到了預(yù)期的效果。
標(biāo)簽： 卡爾曼濾波 永磁同步電機 無位置傳感器 控制
上傳時間： 2013-04-24
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盤式永磁同步電動機是一種性能優(yōu)越、但結(jié)構(gòu)特殊的電動機。作為一種理想的驅(qū)動裝置，其應(yīng)用范圍遍及航天、國防、工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和日常生活的各個領(lǐng)域。本文利用稀土永磁材料釹鐵硼的高矯頑力，提出了一種省卻了鐵心的雙轉(zhuǎn)子、單定子結(jié)構(gòu)盤式無鐵心永磁同步電機，進一步減輕了電機的質(zhì)量并消除轉(zhuǎn)矩脈動。 對電機的設(shè)計、性能預(yù)測都離不開電機電磁場的計算。不同于傳統(tǒng)的圓柱式徑向磁通電機，盤式無鐵心電機是軸向磁通電機，外加其無鐵心的結(jié)構(gòu)，決定了該電機的磁場呈三維、開域分布。對它的電磁場分析，不能采用對待徑向磁通電機的化為二維磁場的分析方法。 本文研究的重點內(nèi)容分為兩部分：(1)在盤式無鐵心永磁同步電機的結(jié)構(gòu)上，建立其磁場三維模型，由三維有限元法計算三維電磁場，分析計算結(jié)果，并總結(jié)出盤式無鐵心永磁同步電機的磁場分布規(guī)律。 (2)在磁場計算的基礎(chǔ)上，將Halbach型永磁體陣列的理論應(yīng)用到磁鋼設(shè)計中來，提出磁鋼結(jié)構(gòu)優(yōu)化方案，研究出適合于盤式無鐵心永磁同步電機的磁鋼結(jié)構(gòu)，以獲得理想的磁場波形和磁密值。 本文首先從磁路計算的方法入手，通過磁路計算分析出盤式無鐵心永磁同步電機的磁場分布特點。其后直接運用三維有限元法求解該電機的電磁場，分析計算結(jié)果。為了獲得低漏磁、高氣隙磁密值、正弦形的氣隙磁場分布，本文先后提出普通軸向充磁磁鋼結(jié)構(gòu)、不等厚軸向充磁磁鋼結(jié)構(gòu)并將Halbach陣列的理論應(yīng)用到盤式無鐵心永磁同步電機的磁剛結(jié)構(gòu)優(yōu)化中，討論了三種不同角度的Halbach型永磁體陣列。最后為了簡化磁鋼的加工工藝，將不等厚永磁體陣列與Halbach永磁體陣列相結(jié)合，提出了最經(jīng)濟、有效的改進型Halbach永磁體陣列，給出具體磁鋼尺寸，并運用ANSYS軟件對各種磁鋼結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的磁場進行結(jié)果仿真。
上傳時間： 2013-06-23
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在永磁直流電機中，即使電樞繞組不通電，由于永磁體產(chǎn)生的磁場同電樞鐵芯的齒槽相互作用而產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩，即齒槽定位力矩(CoggingTorque)。定位力矩使電機輸出轉(zhuǎn)矩波動，產(chǎn)生振動及噪聲。文中闡述了產(chǎn)生定位力矩的原理，綜述了包括德昌電機公司的技術(shù)在內(nèi)的抑制定位力矩的方法和研究現(xiàn)狀。抑制定位力矩的方法，主要就是減小電樞旋轉(zhuǎn)過程中氣隙中磁場能量的變化。 文中以少槽永磁直流電機為例，通過有限元分析，以及DOE實驗驗證，對轉(zhuǎn)子沖片增加輔助凹槽、充磁方式和轉(zhuǎn)子沖片不同類型對定位力矩的影響進行了研究，深入分析了沖片輔助凹槽對抑制少槽永磁直流電機定位力矩的作用，結(jié)果表明，同一沖片上在對稱位置上排布輔助凹槽能取得很好的效果，而以沖片中心線對稱地加兩個輔助凹槽時，輔助凹槽角度不同作用不同。對不同沖片，適合的輔助凹槽角度也是不同的。文中找出了一個較成熟的抑制少槽永磁直流電機定位力矩的系統(tǒng)方法，給出了生產(chǎn)中實用的抑制方法，同時通過實驗給出了這些方法對電機性能的影響。 DOE方法能從不同因素中找出對定位力矩起主要作用的變異因素，并且尋找到各變異因素之間的影響作用，給出抑制定位力矩各變量的最佳組合，相比現(xiàn)時生產(chǎn)中的方法，該組合可將定位力矩降低70％。
上傳時間： 2013-07-10
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