近年來，隨著永磁材料的發(fā)展，永磁同步電機應(yīng)用日益廣泛。永磁同步電機根據(jù)反電動勢和電流波形的不同，可分為梯形波永磁同步電機(無刷直流電機)和正弦波永磁同步電機(永磁同步電機)。正弦波永磁同步電機為實現(xiàn)其正弦波驅(qū)動控制需要連續(xù)的轉(zhuǎn)子位置信號，通常采用機械位置傳感器(旋轉(zhuǎn)變壓器、光電編碼器等)，機械位置傳感器雖可以提供高精度的轉(zhuǎn)子位置信息，但其體積大，價格高，增加了轉(zhuǎn)子的慣量，且性能易受環(huán)境因素的影響，限制了永磁同步電機的應(yīng)用場合。近年來受到廣泛的關(guān)注的無位置傳感器技術(shù)，是通過檢測反電動勢(電壓)或電流等過零點獲取轉(zhuǎn)子的位置信號，此技術(shù)雖取消了機械位置傳感器，但存在控制復(fù)雜，位置檢測精度不高，運行轉(zhuǎn)速范圍受到限制等問題。為解決上述問題，本文研究采用低成本的低分辨率位置傳感器取代機械位置傳感器，通過位置估算法得到高分辨率的轉(zhuǎn)子位置信號，以實現(xiàn)永磁同步電機的正弦波驅(qū)動控制問題。 首先，本文分析了傳統(tǒng)的采用位置區(qū)間的平均速度和采用平均速度并引用平均加速度實現(xiàn)位置估算法的原理，針對其不足提出了一種改進的方法，該法通過對位置區(qū)間初始速度的估算，可以顯著提高速度、位置的估算精度。本文建立上述三種位置估算法的Matlab仿真模型，并對其進行了仿真研究，仿真結(jié)果表明：改進位置估算方法即使在加減速等動態(tài)性能過程中也能保持較小的位置誤差，性能明顯優(yōu)于傳統(tǒng)的方法。 其次，完成了以TI公司的數(shù)子信號處理器(DSP)TMS320LF2407A為主控芯片，以IR公司IR2110為驅(qū)動芯片采用低分辨率位置傳感器的正弦波永磁同步電機控制系統(tǒng)的硬件電路的設(shè)計和調(diào)試工作。探討了正弦波永磁同步電機在采用無電流傳感器的電流開環(huán)控制時的控制策略問題。在此情況下電壓相位角φ對電機運行性能有重要的影響，為得到最佳的φ=f(ω)曲線，需根據(jù)負載特性進行優(yōu)化。 最后，完成了基于TMS320LF2407A采用低分辨率位置傳感器的正弦波永磁同步電機的軟件設(shè)計，文中詳細討論了位置估算程序和實現(xiàn)SVPWM程序的設(shè)計和調(diào)試，并對其進行了實驗驗證。
上傳時間： 2013-07-23
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隨著現(xiàn)代化工業(yè)生產(chǎn)的不斷發(fā)展，更高的調(diào)速精度、更大的調(diào)速范圍和更快的響應(yīng)速度成為永磁同步電機調(diào)速系統(tǒng)的迫切要求，數(shù)字化控制系統(tǒng)正代表著這一發(fā)展方向。高性能數(shù)字信號處理器(控制器)的出現(xiàn)、電機控制理論以及電力電子器件的發(fā)展都為數(shù)字化控制的實現(xiàn)創(chuàng)造了條件。本文采用Microchip公司專用于電機控制的dsPIC30F3011型數(shù)字信號控制器(DSC)為核心，開發(fā)了用于電梯門機控制的數(shù)字化永磁同步電機矢量控制系統(tǒng)，并在硬件實驗平臺上獲得了驗證。 本文首先在永磁同步電機數(shù)學(xué)模型的分析基礎(chǔ)上，深入的研究了永磁同步電機的矢量控制的原理和常用控制策略。接著，經(jīng)過比較各種矢量控制策略的優(yōu)缺點，確定了i<,d>=0的控制策略和空間矢量脈寬調(diào)制(SVPWM)的電壓調(diào)制方法。文中對空間矢量脈寬調(diào)制(SVPWM)的原理及實現(xiàn)方法進行了詳細的闡述，并在此基礎(chǔ)上提出利用查表實現(xiàn)SVPWM控制的算法。然后，論文詳細論述了控制電路各部分及外圍輔助電路的設(shè)計和調(diào)試。軟件開發(fā)均在Microchip的MPLAB IDE集成開發(fā)環(huán)境下完成，軟件采用C語言編寫，實現(xiàn)了帶位置傳感器的速度閉環(huán)和位置閉環(huán)矢量控制，并給出了系統(tǒng)主程序及定時中斷服務(wù)程序的流程圖。永磁同步電機矢量控制的主要控制策略如轉(zhuǎn)子初始位置檢測、速度采樣計算及PI調(diào)節(jié)、SVPWM查表實現(xiàn)方法等都在定時中斷服務(wù)程序中完成。最后在硬件平臺上，對軟件進行系統(tǒng)調(diào)試，試驗表明本矢量控制系統(tǒng)能夠有效滿足電梯門機的控制需求，從而證明了系統(tǒng)設(shè)計的可行性。 在論文的最后，對全文的工作做了總結(jié)，并提出了系統(tǒng)需要進一步完善的地方。
標簽： dsPIC 永磁同步電機 矢量控制系統(tǒng)
上傳時間： 2013-06-27
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異步起動永磁同步電動機有別于調(diào)速永磁同步電動機，轉(zhuǎn)子上設(shè)有起動繞組，具有在某一頻率和電壓下的自行起動能力，同傳統(tǒng)的三相感應(yīng)電動機相比，具有在寬負載范圍內(nèi)效率高、功率因數(shù)高的優(yōu)點，符合國家“節(jié)能環(huán)保”的指導(dǎo)方向，有廣泛的應(yīng)用前景。 這種電機自問世以來，就受到普遍關(guān)注與重視，經(jīng)過二十幾年的研究與發(fā)展，三相異步起動永磁同步電動機的設(shè)計技術(shù)逐漸成熟，并且已經(jīng)開始被用于某些工業(yè)場合，但由于轉(zhuǎn)子磁路結(jié)構(gòu)相對復(fù)雜，電動機的優(yōu)化設(shè)計方法尚不完善，因而一直以來未得到大范圍內(nèi)的推廣和應(yīng)用。 本課題以此為切入點，以小功率三相異步起動永磁同步電動機的批量生產(chǎn)為目標，本著轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)盡可能簡單、加工工藝盡可能簡化、同時電機性能盡可能提高的原則，對異步起動永磁同步電動機的優(yōu)化設(shè)計方法進行研究。在研究過程中，作者應(yīng)用Maxwell、Magneforce和Magnet等電機設(shè)計仿真軟件，系統(tǒng)分析了永磁體的嵌放深度、定轉(zhuǎn)子的齒槽配合、以及定轉(zhuǎn)子的磁路飽和等問題對電機性能的影響，最終設(shè)計并制成一臺容量為1.1kW的四極徑向磁路式異步起動永磁同步電動機，樣機的性能測試實驗結(jié)果與仿真所得結(jié)果吻合，成本預(yù)算與各方面性能指標均滿足設(shè)計需求。 在樣機制成后，作者進一步對樣機的設(shè)計進行了優(yōu)化，實驗結(jié)果證明所設(shè)計異步起動永磁同步電動機完全可以替代同規(guī)格的1.1kW，Y90S-4感應(yīng)電動機。
上傳時間： 2013-07-31
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勵磁控制系統(tǒng)是同步發(fā)電機的重要組成部分，它的特性好壞直接影響電機及電力系統(tǒng)運行的可靠性和穩(wěn)定性。 基于此，利用仿真的方式對勵磁控制系統(tǒng)進行了研究并給出了相關(guān)結(jié)論，同時提出了一些新的控制算法，并建立了一個勵磁控制系統(tǒng)仿真平臺。 首先，從同步電機和勵磁系統(tǒng)的模型入手，根據(jù)研究需要修改了同步電機的仿真模型，詳細地介紹了檢測單元、控制單元和勵磁系統(tǒng)主回路模型，在總結(jié)普通PID調(diào)節(jié)方式不足的基礎(chǔ)上提出了一種性能優(yōu)越的非線性PID控制方式。 其次，分別在有刷和無刷勵磁系統(tǒng)下，對普通PID、非線性PID和模糊自適應(yīng)PID三種控制方式在階躍響應(yīng)和突變負載的情況下進行仿真，對輸出的機端電壓進行分析并得出相關(guān)結(jié)論。 除了對通用的勵磁控制算法進行仿真分析外，提出了一種基于同步電機本身的勵磁控制算法，這種控制方式是對勵磁電流進行閉環(huán)控制，并輔以非線性的PID控制進行進行精度調(diào)節(jié)。針對這種方式，提出了兩種實現(xiàn)方案。同樣在有刷和無刷勵磁系統(tǒng)下進行階躍響應(yīng)和突變負載的仿真分析研究。仿真測試表明，這種控制算法在控制的快速性和穩(wěn)定性方面優(yōu)于通用的控制方式。 最后，鑒于勵磁控制系統(tǒng)仿真的重復(fù)性及操作的繁瑣性，建立了一種基于MATLAB GUI的勵磁控制仿真平臺，借助此平臺對SIMULINK模型操作，可以方便地實現(xiàn)對參數(shù)的設(shè)置與修改、模型的查看和修正、仿真的顯示及相關(guān)的輔助操作等等，可以極大地簡化仿真的操作過程，提高仿真的效率。另外，此平臺的實現(xiàn)也為其它系統(tǒng)類型仿真界面的建立提供了重要的參考。
上傳時間： 2013-04-24
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帶整流負載的同步發(fā)電機在一些需要高品質(zhì)直流電源的場所，如艦船電力推進、郵電通訊、飛機等電源系統(tǒng)得到了廣泛應(yīng)用，并且受到了許多學(xué)者的關(guān)注，其研究領(lǐng)域主要涉及數(shù)字仿真、數(shù)學(xué)模型、穩(wěn)態(tài)分析以及運行穩(wěn)定性等方面。 本文對MATLAB/Simulink中的電機模型進行了深入的研究。針對MATTAB中電機仿真模型的不足和本文研究的需要，提出了同步發(fā)電機定、轉(zhuǎn)子分解的狀態(tài)方程，利用MATLAB工具箱建立了新的同步電機仿真模型并進行了封裝，為進行帶整流橋負載同步電機系統(tǒng)的分析與研究打下了很好的基礎(chǔ)。 對帶整流橋負載同步發(fā)電機整流系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)運行特性進行了分析，采用定、轉(zhuǎn)子分解模型建立了整流系統(tǒng)仿真模型。證明了在假定轉(zhuǎn)子磁鏈守恒，即忽略轉(zhuǎn)子電阻影響的條件下，定、轉(zhuǎn)子分解模型很容易轉(zhuǎn)變?yōu)閹鄬ΨQ非線性負載的同步電機穩(wěn)態(tài)分析模型。介紹了根據(jù)這一模型推導(dǎo)出的解析計算公式，給出了計算方法和步驟，并編寫了計算程序，便于工程上直接使用。與仿真結(jié)果的對比驗證了該解析計算的正確性。同時，仿真證實了忽略轉(zhuǎn)子電阻影響會給計算結(jié)果帶來一定的誤差，但是，在轉(zhuǎn)子電阻正常值范圍內(nèi)，忽略其影響是允許的。 對帶有反電動勢負載的同步發(fā)電機整流系統(tǒng)的穩(wěn)定性進行了仿真研究，將系統(tǒng)中的各個參數(shù)對系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響進行了仿真。為了解決穩(wěn)定性仿真計算量大、計算時間長的問題，利用同步電機換相計算的穩(wěn)態(tài)公式，對同步電機分解模型的定子部分和整流橋部分進行了簡化處理，得到了同步發(fā)電機整流系統(tǒng)穩(wěn)定性分析簡化模型。通過兩種模型的仿真計算，證實了該簡化模型與非簡化模型的仿真結(jié)果相當一致。這樣既解決了帶有反電動勢負載的同步發(fā)電機整流系統(tǒng)的穩(wěn)定性仿真計算的計算速度問題，也證明了換相過程及其產(chǎn)生的諧波對系統(tǒng)的穩(wěn)定性沒有影響。
上傳時間： 2013-06-19
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現(xiàn)代交流調(diào)速系統(tǒng)中，永磁同步電機(PMSM)由于其良好的性能，正得到越來越廣泛地應(yīng)用。永磁同步電機的控制策略有很多，不同的控制策略各有千秋。有的滿足了高性能要求，但成本卻很高；有的滿足了硬件低成本要求，但軟件算法非常復(fù)雜、或者性能不理想，等等。因此，針對實際的應(yīng)用場合，開發(fā)出性能價格比優(yōu)越的控制器系統(tǒng)是非常有價值的。 本課題就是基于此思想，兼顧硬件成本和軟件可行性，運用低成本策略、較優(yōu)的軟件算法設(shè)計出雙閉環(huán)控制器系統(tǒng)，在低成本傳感器條件下實現(xiàn)了永磁同步電機正弦波驅(qū)動控制。 本文根據(jù)永磁同步電機磁場定向下的空間矢量數(shù)學(xué)模型，對其控制所需的位置、速度和電流參數(shù)展開分析。提出了基于離散位置信號進行位置預(yù)估的原理，并分析了復(fù)雜工況下位置信號的矯正問題。利用BLDC方式與SVPWM方式的轉(zhuǎn)換，解決了肩動過程中永磁同步電機脈動和失步問題。分析了基于英飛凌XC164CM單片機系統(tǒng)直流側(cè)電阻采樣計算相電流原理。設(shè)計了基于英飛凌XC164CM單片機的控制系統(tǒng)，外圍功率驅(qū)動電路以及過電流保護等電路。編制了基于離散位置信號的永磁同步電機電壓空間矢量(SVPWM)控制策略的C語言程序，完成了軟件和系統(tǒng)的調(diào)試。 最后，進行了一系列的實驗論證，并取得了理想的效果。
上傳時間： 2013-04-24
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本文的主要工作是設(shè)計與開發(fā)了用于機床主軸直接驅(qū)動的全數(shù)字化永磁同步電動機矢量控制系統(tǒng)的軟硬件平臺，并利用該平臺進行了仿真和實驗研究，仿真和實驗結(jié)果驗證了該系統(tǒng)設(shè)計方案的可行性。 首先，詳細闡述了坐標變換理論，根據(jù)永磁同步電動機的本體結(jié)構(gòu)推導(dǎo)了其在各坐標系下的數(shù)學(xué)模型，深入研究了永磁同步電動機的矢量控制原理和id=0控制策略，此外對空間電壓矢量脈寬調(diào)制(SVPWM)的基本原理和特性進行了研究。 其次，采用MATLAB軟件建立了電機系統(tǒng)的仿真模型。整個仿真系統(tǒng)包括PMSM模塊、Power Module模塊、測量模塊、坐標變換模塊、電流、轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)模塊和SVPWM模塊等。仿真結(jié)果驗證了矢量控制和SVPWM技術(shù)應(yīng)用于本系統(tǒng)的可行性，同時為系統(tǒng)平臺設(shè)計提供了理論依據(jù)。 再次，為了提高系統(tǒng)的動靜態(tài)特性和減小轉(zhuǎn)動脈動，采用DSP TMS320F2812為核心進行了永磁同步電動機全數(shù)字矢量控制系統(tǒng)的軟硬件設(shè)計。系統(tǒng)硬件包括電流檢測、速度檢測、顯示電路、驅(qū)動電路、主電路和系統(tǒng)保護電路等；系統(tǒng)軟件由DSP編程實現(xiàn)，采用基于id=0的轉(zhuǎn)子磁場定向矢量控制方法，完成對永磁同步電動機的解耦控制。速度調(diào)節(jié)器和電流調(diào)節(jié)器采用常規(guī)PI控制算法，逆變器采用SVPWM控制策略。同時，給出了系統(tǒng)各模塊的軟件流程圖，包括系統(tǒng)初始化程序、速度和電流調(diào)節(jié)程序、SVPWM的實現(xiàn)以及功率驅(qū)動保護等子程序等。 最后，在實驗平臺上做了大量深入的實驗研究工作，并對試驗波形做了深入分析。結(jié)果表明，該系統(tǒng)具有能夠響應(yīng)速度快，低轉(zhuǎn)速運行平穩(wěn)和抗干擾能力強等優(yōu)點，可以滿足主軸直接驅(qū)動要求。
上傳時間： 2013-05-18
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本文從課題要求和實際應(yīng)用的角度出發(fā),設(shè)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(gòu)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(gòu)和數(shù)學(xué)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(guān)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(shè)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(shè)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(yīng)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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高性能伺服控制系統(tǒng)日益廣泛地應(yīng)用于現(xiàn)代工業(yè)、家用電器和國防等各個領(lǐng)域。采用先進控制策略和全數(shù)字控制技術(shù)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(yīng)用在交流伺服系統(tǒng)上的背景技術(shù)不斷進步，同時市場對伺服系統(tǒng)性能、成本及自適應(yīng)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(xué)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(shù)，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(gòu)控制器設(shè)計的基本原則和方法，將滑模變結(jié)構(gòu)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(gòu)控制，設(shè)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(gòu)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(gòu)控制能夠有效應(yīng)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(gòu) 控制 伺服系統(tǒng)
上傳時間： 2013-07-18
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在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和自動控制方面,經(jīng)常要用到低速驅(qū)動,以前一般采用電動機加減速器或永磁感應(yīng)子式電動機來實現(xiàn),但是他們存在著很多缺點和不足。隨著分數(shù)槽繞組結(jié)構(gòu)的提出,分數(shù)槽永磁同步電機在低速驅(qū)動領(lǐng)域的應(yīng)用越來越廣泛。本文將對這種特殊結(jié)構(gòu)的電機進行詳細的介紹和分析。 分數(shù)槽繞組和整數(shù)槽繞組是電機繞組的兩種重要形式。本文首先從電機結(jié)構(gòu)和繞組電感兩個方面對分數(shù)槽繞組電機和整數(shù)槽繞組電機進行比較,以加深對分數(shù)槽繞組結(jié)構(gòu)的理解。分數(shù)槽繞組也存在對稱性問題,即并不是所有的分數(shù)槽繞組都是各相對稱的,接下來本文給出了分數(shù)槽繞組的對稱條件,為分數(shù)槽繞組電機的設(shè)計提供依據(jù)。在分數(shù)槽電機中,節(jié)距y=1的分數(shù)槽繞組是一種非常重要的繞組,是中小型永磁電機和永磁交流伺服電機使用最多的的分數(shù)槽繞組,本文將對這種繞組形式進行詳細介紹,為了便于以后分析和應(yīng)用,還將給出這類電機常用的極槽配合和繞組的各種參數(shù)。整數(shù)槽電機60°相帶繞組的排列比較簡單,分數(shù)槽電機則顯的比較復(fù)雜,本文將具體介紹兩種繞組排列方法來解決這一問題。
上傳時間： 2013-04-24
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