v無刷直流電動機具有結構簡單、可靠性高、維護方便、運行效率高和調速性能好等優(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生轉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，給出了實驗結果。
上傳時間： 2013-06-06
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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,其常用的帶位置傳感器控制方法顯露出了越來越多的局限性,而無位置傳感器控制方法,特別是"反電勢法"無位置傳感器控制方法則漸漸受到了人們的青睞.論文在詳細介紹了"反電勢法"無位置傳感器無刷直流電機控制原理的基礎上,對"反電勢法"無位置傳感器無刷直流電機控制系統(tǒng)的核心部分——反電勢過零檢測電路的設計進行了詳細的分析和研究,給出了設計中幾個關鍵之所在.另外,論文以變頻空調壓縮機用無刷直流電機為樣機,設計了一套基于"反電勢法"的無位置傳感器無刷直流電機控制系統(tǒng),該控制系統(tǒng)以Motorola公司的MC68HC908MR32單片機為核心.文中介紹了系統(tǒng)的各個組成部分,給出了相應的抗干擾措施."三段式"起動技術是"反電勢法"控制中常用的起動方法,也是"反電勢法"控制中的一個關鍵環(huán)節(jié).文中對"三段式"起動技術中轉子定位、外同步加速和外同步到自同步的切換進行了詳細的分析和討論,指出了各部分的難點,給出了相應的解決方法."反電勢法"控制中不可避免的會存在轉子位置誤差,論文對這種誤差產生的原因進行了分析,提出了減少轉子位置誤差的方法.論文還介紹了"反電勢法"無位置傳感器無刷直流電機控制中幾種常用的數(shù)字濾波算法,給出了該控制系統(tǒng)中采用這些算法的程序源代碼.在控制系統(tǒng)設計的基礎上,論文介紹了"反電勢法"無位置傳感器無刷直流電機控制系統(tǒng)的調試運行過程,討論了調試中出現(xiàn)的問題并提出了解決方法.最后,文中給出了系統(tǒng)運行中的電壓、反電勢過零點等信號的實測波形.調試結果表明,該系統(tǒng)穩(wěn)定可靠,具有良好的調速性能,達到了預期的效果.
上傳時間： 2013-06-09
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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)的運行調試過程,分析了調試中出現(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,并與仿真結果作了比較分析.
上傳時間： 2013-07-30
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在工農業(yè)生產和自動控制方面,經常要用到低速驅動,以前一般采用電動機加減速器或永磁感應子式電動機來實現(xiàn),但是他們存在著很多缺點和不足。隨著分數(shù)槽繞組結構的提出,分數(shù)槽永磁同步電機在低速驅動領域的應用越來越廣泛。本文將對這種特殊結構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。本文首先從電機結構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)槽繞組結構的理解。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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步進電動機是工業(yè)控制中常用的一種電機，其最大的優(yōu)點是可以進行開環(huán)控制，無需位置和速度傳感器，并且具有很高的精度，因而在辦公設備和數(shù)控系統(tǒng)中獲得了廣泛的應用。混合式步進電機綜合了反應式和永磁式步進電機的優(yōu)點，具有很高的效率和運行精度，性能優(yōu)異，是本文的研究對象。然而，采用傳統(tǒng)控制方法進行開環(huán)控制的步進電機，運行噪聲大、易振動，嚴重時將導致失步。 實踐證明，細分控制可以有效的減小步進電機運行中的振動和噪聲，增加電機運行的平穩(wěn)性。由于混合式步進電機的運行原理類似于同步電機，因而可以借鑒同步電機先進的控制方法來控制混合式步進電機。本文將同步電機常用的矢量控制應用到混合式步進電機控制中，實現(xiàn)了混合式步進電動機步距角的任意細分控制，取得了良好的效果。 文章分析了三相混合式步進電動機的工作原理，在忽略一些非線性因素的前提下，建立了三相混合式步進電機理想的數(shù)學模型，并根據(jù)數(shù)學模型提出了相應的控制方案。 以數(shù)字信號處理器TMS320LF2403A為核心，設計了三相混合式步進電機驅動器的硬件和軟件。數(shù)字PI調節(jié)器和空間矢量PWM技術是本控制系統(tǒng)的核心，文中詳細介紹了PI調節(jié)器和空間矢量PWM的原理及數(shù)字化實現(xiàn)。 最后介紹了系統(tǒng)的實驗裝置。實驗結果證實了控制方案的可行性，也表明了本課題設計的控制器具有優(yōu)良的性能。
上傳時間： 2013-08-05
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永磁同步發(fā)電機由于一系列高效節(jié)能的優(yōu)點，在工農業(yè)生產、航空航天、國防和日常生活中得到廣泛應用，并且受到許多學者的關注，其研究領域主要涉及永磁同步發(fā)電機的設計、精確性能分析、控制等方面。 本課題作為國家自然科學基金項目《無刷無勵磁機諧波勵磁的混合勵磁永磁電機的研究》的課題，主要研究永磁電機的電磁場空載和負載計算，求出永磁電機的電壓波形和電壓調整率，為分段式轉子的混合勵磁永磁電機的研究奠定基礎，主要做了以下工作： 首先介紹了永磁同步發(fā)電機的基本原理，包括永磁同步發(fā)電機的結構形式和永磁同步發(fā)電機的運行性能，采用傳統(tǒng)解析理論給出了電壓調整率的計算方法及外特性的計算模型；然后用有限元ANSYS對永磁同步發(fā)電機樣機進行實體建模，經過定義分配材料、劃分網(wǎng)格、加邊界條件和載荷、求解計算等，得到矢量磁位Az、磁場強度H、磁感應強度B等結果，直觀地看出電機內部的磁場分布情況。 其次根據(jù)電磁場計算結果，應用齒磁通法對其進行后處理。該方法求解轉子在一個齒距內不同位置處的磁場，以定子齒的磁通為計算單位，根據(jù)繞組與齒的匝鏈關系，計算出磁鏈隨時間的變化，進而得到永磁同步發(fā)電機空、負載時電壓大小及波形。通過計算結果寫實驗結果對比，驗證了齒磁通法的正確性，為計算永磁同步發(fā)電機各種性能特性提供有力工具。 最后，基于齒磁通法對永磁同步發(fā)電機的外特性進行了深入研究，定量分析了結構參數(shù)對外特性的影響規(guī)律，提出了有效降低電壓調整率的方法的是：增加氣隙長度g的同時，適當增加永磁體的磁化方向的長度hm；此外，要盡量的減少每相串聯(lián)匝數(shù)N和增大導線面積以減小阻抗參數(shù)。通過改變電機的結構參數(shù)，對其電磁場進行計算，找到永磁電機電壓調整率的變化規(guī)律，為加電勵磁的混合勵磁永磁電機做準備，達到穩(wěn)定輸出電壓的目的。
上傳時間： 2013-04-24
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在傳統(tǒng)的直線驅動場合，都是由旋轉電機提供原動力，再由絲杠、絲桿、齒條等中間機構轉換為直線運動。這樣的設置，不僅在中間傳動過程中消耗了大量的能量，而且摩擦產生的噪聲也非常明顯，同時也給系統(tǒng)的維護工作帶來了麻煩。 直線電機的出現(xiàn)可以使上述問題得到解決，由于具備直接將電能轉化為直線運動的能力，直線電機已經在機床驅動、集成電路組裝等場合逐漸取代了傳統(tǒng)的旋轉電機的位置。 自19世紀中期直線電機的概念被首次提出以來，經過孕育、實驗、開發(fā)和實用這四個階段的發(fā)展，并借助于電力電子技術，以及日漸成熟的直線電機控制技術，直線電機已經廣泛應用到了制造業(yè)、交通運輸業(yè)等各個方面。 與旋轉電機類似，按工作原理的不同，直線電機也有著各種類型，應用較多的是直線步進電機、直線同步電機和直線感應電機。其中直線步進電機更多的是應用在需要精確定位的場合，比如半導體工業(yè)；后兩者則被應用在需要連續(xù)和大推力的場合，比如機床。而直線同步電機，尤其是永磁直線同步電機，憑借更大的單位面積推力、更高的效率等優(yōu)點受到了更多的青睞，與此同時，由于沒有了勵磁繞組，電機的整個結構也得以簡化。另一方面，我國豐富的稀土資源也為這種電機的發(fā)展提供了廣泛空間。 作為一種較為新穎的電機，目前國內仍缺乏系統(tǒng)化的永磁直線同步電機設計方案，尤其是電樞繞組部分。常用的方法仍是基于傳統(tǒng)的旋轉電機，例如使用雙層疊繞組方案。通過對實際電機的軟件模擬，我們發(fā)現(xiàn)這樣的設計思路的表現(xiàn)并不能令人滿意，比如造成了動子線圈槽滿率過大，電機設計難以形成系列化等缺點，而電機本身輸出推力的波動也較大。 針對傳統(tǒng)方案的一系列缺點，本文提出了一種新的永磁直線同步電機設計方案。該方案基于“單元電機”的概念，使用單層同心式線圈。當目標推力要求變化時，只需改變“單元電機”的數(shù)目和排列組合的方式，就可以達到改變的目的。而每個單元中的繞組連接方式則不需要改變，由此避免了繁瑣而復雜的繞組設計，這就給電機的系列化設計帶來了便捷。同時，單層繞組的使用也更方便嵌線，也更有利于降低銅耗，提高效率。 在完成單元電機設計任務的基礎上，本文利用加拿大Infolytica公司出品的電磁場有限元分析軟件MagNet對電機的運行進行了模擬，并得到了電機的額定輸出推力曲線和反電動勢曲線，輸出推力曲線較之傳統(tǒng)方案也更平穩(wěn)。體現(xiàn)了該設計方案的優(yōu)越性。
上傳時間： 2013-06-29
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低壓電器電弧運動過程三維成像理論及運動機理研究在國內外取得了一定的進展，但作為一種新型電弧研究方法，特別是對電弧運動可視化方面的研究尚處于起步階段，其技術涉及到電器學、數(shù)值計算、圖像處理、計算機科學等眾多學科領域，加之電弧復雜的非線性特性及其瞬時特性，導致測量研究的困難，在電弧機理、性能分析和模型設計等方面都還不夠成熟、完善。所以，在電弧模型理論研究、電器電磁機構的三維有限元分析、電器的計算機輔助設計、電弧動態(tài)特性研究等方面，存在大量的工作要做。對這些問題的深入研究，可以更好地認識電器觸頭在整個運動過程中極其復雜的電、熱、磁、機械等一系列現(xiàn)象。 為了從不同角度觀察分析電弧在滅弧室中的動態(tài)運動過程，本文在研究開關電器電弧圖像增強及運動過程三維可視化的基礎上，分析電弧形成機理、電弧特性和運動形態(tài)的基本理論，進一步考慮其模型特性和電弧等離子體磁壓縮效應，建立其運動數(shù)學模型。電弧圖像需要的處理主要有：圖像數(shù)字化、圖像平滑、圖像分割、圖像邊緣檢測、圖像增強。本文提出一種基于小波變換的圖像增強和直方圖的圖像增強算法，在保留電弧弧柱強特征的同時，突出顯示電器動觸頭圖像特征使增強后的電弧圖像適合人類的視覺特征，為電弧動態(tài)過程分析和電弧可視化模型的構建提供有效的分析基礎，并取得良好的電弧圖像增強效果。本文構造了基于比色測溫原理的電弧輻射拾取、圖像采集、同步控制、數(shù)據(jù)處理等硬件裝置，對試驗采集裝置進行了標定；將醫(yī)學上成功應用的計算機層析成像理論，應用于對電弧進行三維溫度場重建的研究，構造可單面陣CCD采集三組六路投影輻射強度的實驗裝置，通過對觸頭邊緣檢測的手段精確定位于不同光路中電弧的位置，對輻射拾取光路進行校準，編制了系統(tǒng)軟件，實現(xiàn)電弧三維溫度場的重建。研究數(shù)學模擬計算方法，提出了適合低壓電器電弧數(shù)學模型計算的方法。用計算機求解獲得以前依靠實驗才能獲得的開斷波形及運動過程，將理論分析、試驗研究和計算機仿真有機結合起來，使產品設計更加科學和準確，可以大大減少設計周期，減少試驗的盲目性和費用，有利于提高電器產品的技術性能，對于新產品開發(fā)，優(yōu)化滅弧室設計及模擬實驗，具有十分重要的意義。
上傳時間： 2013-04-24
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作為世界上發(fā)展最快的可再生能源，風能受到了世界各國的關注。隨著風機數(shù)量的增加，研究電網(wǎng)故障時風力發(fā)電機的動態(tài)響應特性越來越重要。 本文以“3.2MW永磁風力發(fā)電機系統(tǒng)分析”為工程背景，旨在研究3.2MW永磁風力發(fā)電機及其系統(tǒng)在各種正常和非正常工況下的動態(tài)性能，分析變流系統(tǒng)和控制方法對電機性能的影響，為電機的優(yōu)化設計提供參考。 首先，在對永磁風力發(fā)電機的基本理論進行論述的基礎上，分析了變轉速變槳距控制策略，并基于Matlab/Simulink建立了風力發(fā)電機模型，通過仿真分析了最大功率跟蹤和變槳距控制下發(fā)電機的性能。 其次，研究了雙PWM變流系統(tǒng)電機側變流器和網(wǎng)側變流器的控制方法，并基于Matlab/Simulink搭建了基于轉速外環(huán)、電流內環(huán)雙PI調節(jié)器的電機側控制器模型及基于電網(wǎng)電壓定向的電壓外環(huán)、電流內環(huán)控制的網(wǎng)側控制器模型。 最后，基于Matlab/Simulink對電網(wǎng)短路及電網(wǎng)電壓跌落下不同控制方法下的永磁風力發(fā)電機系統(tǒng)的動態(tài)性能進行仿真；并對永磁風力發(fā)電機機端短路下的運行性能進行仿真，結果表明：網(wǎng)側變流器的電流變化以及直流母線的電壓波動對永磁風力發(fā)電機系統(tǒng)的動態(tài)性能影響較大，通過控制網(wǎng)側變流器電流、直流母線電壓的穩(wěn)定，可以有效提高永磁風力發(fā)電機系統(tǒng)的動態(tài)性能；給定的電機設計參數(shù)符合短路電流倍數(shù)要求；永磁風力發(fā)電機通過變流裝置并網(wǎng)可大大減小故障對發(fā)電機的沖擊。
標簽： MATLAB 風力發(fā)電機 動態(tài)仿真
上傳時間： 2013-04-24
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隨著當今科學技術的迅猛發(fā)展，數(shù)字圖像處理技術正在各個行業(yè)得到廣泛的應用，而FPGA技術的不斷成熟改變了通常采用并行計算機或數(shù)字信號處理器(DSP)、專用集成電路(ASIC)等作為嵌入式處理器的慣例。可編程邏輯器件(FPGA)憑借其較低的開發(fā)成本、較高的并行處理速度、較大的靈活性及其較短的開發(fā)周期等特點，在圖像處理系統(tǒng)中有獨特的優(yōu)勢。 本文提出了一種基于FPGA的圖像采集處理系統(tǒng)解決方案，并選用低成本高性能的Altera公司的CycloneIII系列FPGA EP3C40F324為核心，設計開發(fā)了圖像采集處理的軟硬件綜合系統(tǒng)。文章闡述了如何在FPGA中嵌入NiosII軟核處理器并完成圖像采集處理系統(tǒng)功能的設計方案。硬件電路上，系統(tǒng)設計了三塊電路板：FPGA核心處理板、圖像采集卡、圖像顯示卡，其中通過I2C總線對采集卡的工作模式進行配置，在采集模塊控制下，將采集到的圖像數(shù)據(jù)存儲到SDRAM；根據(jù)VGA顯示原理及其時序關系，設計了VGA顯示輸出控制模塊，合成了VGA工作的控制信號，又根據(jù)VGA顯示器的工業(yè)標準，合成VGA接口的水平和幀同步信號。邏輯硬件上，應用SOPCBuilder工具生成了FPGA內部的邏輯硬件功能模塊，定制了NiosII IP core、CMOS圖像采集模塊、VGA Controller及其I2C總線接口，系統(tǒng)各模塊間通過Avalon總線連接起來。軟件部分，在NiosII內核處理器上實現(xiàn)了彩色圖像顏色空間轉換、二值化、形態(tài)學腐蝕處理及其目標定位等算法。實驗結果證明了本文提出的方案及算法的正確性，可行性。
標簽： FPGA 圖像采集 處理系統(tǒng)
上傳時間： 2013-08-05
上傳用戶：woshiyaosi
