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無刷控制

  • 輪式機器人用無刷直流電動機的設計.rar

    永磁無刷直流電動機具有慣量小、控制簡單、動態性能好等優良特性,因此在航天、機器人、數控機床等許多領域得到了廣泛應用。無刷直流電機在國外已經成功應用于對系統要求較高的場合,近年來在國內也引起了廣泛的興趣。本課題針對輪式機器人,設計了無刷直流電動機并設計相應控制系統。 首先,本課題分析了機器人用無刷直流電動機的組成結構、繞組連接,并對三相無刷直流電動機星角接工作方式進行比較,按照無刷直流電動機兩種模式運行、多極分數槽等特點進行局部設計。最終以爬坡時狀態為參考,經過多次計算得到無刷直流電動機的初始設計方案。 其次,為了提高設計的可靠性及設計成本,本課題用MaxwellRMxprt和Maxwell 2D有限元分析軟件來對所設計的電磁設計方案進行驗證。應用Maxwell 2D軟件進一步對設計方案進行分析和校驗,以校核仿真結果參數能否與設計方案相吻合。 最后設計了無刷直流電動機的PIC單片機控制系統并對無刷直流電動機進行系統仿真。控制系統CPU采用PIC16F877單片機,它能夠提供最佳的性能價格比。系統采用IGBT 專用柵極驅動集成電路IR2130,來控制系統主電路。系統仿真采用MATLAB/SIMULINK軟件,檢驗所設計電機在系統中的性能。 結論,本課題主要包括五部分:無刷直流電動機繞組連接分析,初始數據方案設計,Maxwell對電磁設計方案進行驗證,設計PIC單片機控制系統,應用MATLAB對電機控制系統進行仿真。通過這五部,本文完成了輪式機器人用無刷直流電動機進行設計及相應控制系統的設計。

    標簽: 輪式機器人 無刷直流電動機

    上傳時間: 2013-07-28

    上傳用戶:long14578

  • 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.rar

    近年來,隨著永磁材料的發展,永磁同步電機應用日益廣泛。永磁同步電機根據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其正弦波驅動控制需要連續的轉子位置信號,通常采用機械位置傳感器(旋轉變壓器、光電編碼器等),機械位置傳感器雖可以提供高精度的轉子位置信息,但其體積大,價格高,增加了轉子的慣量,且性能易受環境因素的影響,限制了永磁同步電機的應用場合。近年來受到廣泛的關注的無位置傳感器技術,是通過檢測反電動勢(電壓)或電流等過零點獲取轉子的位置信號,此技術雖取消了機械位置傳感器,但存在控制復雜,位置檢測精度不高,運行轉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子位置信號,以實現永磁同步電機的正弦波驅動控制問題。 首先,本文分析了傳統的采用位置區間的平均速度和采用平均速度并引用平均加速度實現位置估算法的原理,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,仿真結果表明:改進位置估算方法即使在加減速等動態性能過程中也能保持較小的位置誤差,性能明顯優于傳統的方法。 其次,完成了以TI公司的數子信號處理器(DSP)TMS320LF2407A為主控芯片,以IR公司IR2110為驅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的硬件電路的設計和調試工作。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,需根據負載特性進行優化。 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計,文中詳細討論了位置估算程序和實現SVPWM程序的設計和調試,并對其進行了實驗驗證。

    標簽: 分辨率 位置傳感器 正弦波

    上傳時間: 2013-07-23

    上傳用戶:shwjl

  • 永磁無刷直流電機及其驅動系統的設計.rar

    風機的耗電量占全國總發電量的40﹪左右,是全國耗電最大的工業裝備,而且運行效率比國外低10﹪~30﹪。因此在風機(及水泵)上實行節能、節電、降耗是一個緊迫的任務,對緩解我國電能的供需矛盾、推進我國現代化建設、縮小我國和發達國家的差距具有非常現實和深遠的意義。 小型風機(1~10千瓦)特點是:單臺的耗電量很小,但是數量巨大,因此降低這些小型風機的耗電量同樣具有十分深遠的經濟意義。但在這一領域的節能研究一直未能得到充分重視。 本論文提出一種用于驅動小功率風機的永磁無刷直流電機,通過調速調節風量從而達到節能的目的。永磁無刷直流電機是近年隨著電力電子技術和永磁材料的進步而迅速發展起來的一種新型電機。它用一套電子換向裝置代替了有刷直流電動機的機械換向裝置,即克服了有刷直流電動機機械換向帶來的一系列缺點,又具備直流電動機運行效率高、無勵磁損耗以及調速性能好等諸多特點,因此在各個領域中得到了廣泛應用。 本論文從永磁材料、磁體結構、充磁方式、繞組分布、極弧系數等方面分析了風機外轉子永磁無刷直流電機的設計要求,給出永磁無刷直流電機結構、原理及一般設計要求;根據風機電機的驅動要求,設計制造外轉子風機用鐵氧體永磁無刷直流電機樣機;針對風機用電機驅動系統的調速及各種保護要求,基于降低成本的原則,設計制造永磁無刷直流電機的驅動系統。這一設計為基于專用集成芯片的小功率無刷直流電機的調速控制系統,并進行了試制、調試及試驗。實驗表明了系統具有簡單和優越的控制性能,適于小功率無刷直流電機的控制。 樣機實測數據表明外轉子永磁無刷直流電機用于驅動小功率風機具有良好的性能、較低的成本,具有進行產業化生產的優勢。

    標簽: 無刷直流電機 驅動系統

    上傳時間: 2013-04-24

    上傳用戶:sunzhp

  • 高速永磁無刷直流電機性能分析與設計的研究.rar

    隨著電力電子技術的發展,高速永磁無刷直流電機應用前景越來越廣闊,有較大的研究價值,對其電磁性能進行準確的分析和設計具有重要的經濟價值和理論意義。本文主要是圍繞著永磁無刷直流電機,尤其是高速永磁電機的磁路、電路性能的分析、鐵耗和溫升的計算、優化設計、控制系統和樣機制造和實驗等做了大量的工作: 對電機的磁路進行分析設計:從磁路結構入手,分析了定子鐵芯、轉子鐵芯和永磁體的各種結構優劣及其選型、選材的根據;講述了場路結合的分析計算方法;給出了極數、槽數、繞組、轉子參數、定子參數和軸承的參數確定方法。 對永磁無刷直流電機的電路進行分析:從電機磁場分析入手,根據齒磁通分析計算了電樞繞組的感應電動勢;根據此電動勢的波形,推導了三相六狀態控制時,電動勢的電路計算模型,重點推導了電動勢平頂寬度小于120度電角度時的電路模型,指出換相前電流波形出現尖峰脈沖的原因,該模型考慮了電感對高速電機性能的影響;給出了基于能量攝動法計算繞組電感的方法。 高速永磁無刷直流電機內的損耗尤其是鐵耗較大,根據經驗系數來計算鐵耗的傳統方法已顯得力不從心,如何準確計算高速永磁無刷直流電機內的鐵耗是困擾電機工作者的一個難題,本文根據Bertotti鐵耗分立計算模型,進一步推導了考慮電機內旋轉磁化對鐵耗的影響的鐵耗計算模型,其各項損耗系數是由鐵芯材料在交變磁化條件下的損耗數據通過回歸計算得到。通過實際電機的計算和實驗測試,表明此計算模型有較高的準確度。隨著電機內損耗的增大,溫升也是一個重要問題,為了了解電機內的溫度分部,防止局部過熱,本文建立了基于熱網絡法永磁無刷直流電機的溫升計算模型,并對電機進行了溫升計算,計算結果和實際測量基本一致。 本文確立了永磁無刷直流電機的電磁計算方法,建立了優化設計的數學模型,編制了程序,用遺傳算法成功地對高速永磁無刷直流電機的效率進行了優化,給出了優化算例,并做出樣機,通過對優化前后的方案做出樣機并進行比較實驗,優化后測量損耗有了較大的減小。 對永磁無刷直流電機控制系統中的幾個關鍵問題進行了研究:位置檢測技術、三相逆變電路中的功率管壓降和控制系統換相角問題,它們都對電機的性能有很大的影響。本文著重分析了霍爾位置傳感器原理、選型及在電機中的安裝應用;功率管壓降對起動電流、功率的影響問題;控制系統提前或滯后換相對電機電流,輸出性能的影響,提出適當提前換相有利于電機出力。 做出永磁無刷直流電機樣機并進行實驗研究,主要包括高速永磁無刷直流電機、內置式永磁無刷直流電機、高壓永磁無刷直流電機的設計、性能分析、樣機制作、實驗分析等。建構了對樣機進行發電機測試、電動機測試、損耗測量的實驗平臺,通過在測試時使用假轉子的方法成功分離出了電機鐵耗和機械損耗,實驗測量結果和計算結果基本一致。 總之,通過對永磁無刷直流電機的磁路、電路及性能特性的分析研究,建立了一套永磁無刷直流電機的設計理論和分析方法,并通過樣機的制造和實驗,進一步的驗證了這些理論和方法的準確性,這對永磁無刷直流電機的設計和應用有很好的參考價值。

    標簽: 無刷直流電機 性能分析

    上傳時間: 2013-04-24

    上傳用戶:阿四AIR

  • 同步發電機勵磁控制系統的仿真研究.rar

    勵磁控制系統是同步發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運行的可靠性和穩定性。 基于此,利用仿真的方式對勵磁控制系統進行了研究并給出了相關結論,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仿真平臺。 首先,從同步電機和勵磁系統的模型入手,根據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主回路模型,在總結普通PID調節方式不足的基礎上提出了一種性能優越的非線性PID控制方式。 其次,分別在有刷和無刷勵磁系統下,對普通PID、非線性PID和模糊自適應PID三種控制方式在階躍響應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結論。 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控制,并輔以非線性的PID控制進行進行精度調節。針對這種方式,提出了兩種實現方案。同樣在有刷和無刷勵磁系統下進行階躍響應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定性方面優于通用的控制方式。 最后,鑒于勵磁控制系統仿真的重復性及操作的繁瑣性,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,可以方便地實現對參數的設置與修改、模型的查看和修正、仿真的顯示及相關的輔助操作等等,可以極大地簡化仿真的操作過程,提高仿真的效率。另外,此平臺的實現也為其它系統類型仿真界面的建立提供了重要的參考。

    標簽: 同步發電機 勵磁控制 仿真研究

    上傳時間: 2013-04-24

    上傳用戶:lwt123

  • 基于無刷直流電機的電動汽車驅動控制器的研制.rar

    在目前全球能源危機和溫室效應越來越嚴重的情況下,電動車(Electric Vehicle)以其無污染、低噪聲、效率高,便于操作等優點,越來越受到人們的青睞。本課題與華中科技大學辜承林教授聯合,為蘇州益高電動車輛制造有限公司設計旅游車無刷電機驅動系統。課題結合現代CPU技術、數字技術和電力電子技術,設計了一款以無位置傳感器無刷直流電機為動力的大功率汽車輪轂驅動控制器。 本課題采用辜老師設計的“橫向磁通無刷直流電動機”為控制對象。本文首先分析了無刷直流電機的數學模型和無位置傳感器的反電勢過零點檢測的基本原理,從整體上對控制系統的各個方面進行了討論并確定了整體設計方案。在課題中,本人采用DSP 2407A作為控制核心,以功率MOS管為逆變器件,研制出系統硬件,用C語言編制了系統軟件。鑒于該課題在大電流等級的無刷直流電機應用中,國內外尚無先例,本項目在開發實驗中,對無位置傳感器無刷電機的起動和反電勢過零檢測作了大量的研究工作,取得許多有益的科研實踐經驗。通過對電機的起動過程和位置檢測方法進行的一些有效改進措施,使得電機達到較好的運行性能和操控特性。 實驗結果表明本項目設計方案有效可行,研制的無位置傳感器無刷直流電機控制器達到設計的預期基本性能指標。

    標簽: 無刷直流電機 電動汽車 驅動控制器

    上傳時間: 2013-04-24

    上傳用戶:qq1604324866

  • 高速永磁無刷直流電機轉子渦流損耗的研究.rar

    高速電機由于轉速高、體積小、功率密度高,在渦輪發電機、渦輪增壓器、高速加工中心、飛輪儲能、電動工具、空氣壓縮機、分子泵等許多領域得到了廣泛的應用。永磁無刷直流電機由于效率高、氣隙大、轉子結構簡單,因此特別適合高速運行。高速永磁無刷直流電機是目前國內外研究的熱點,其主要問題在于:(1)轉子機械強度和轉子動力學;(2)轉子損耗和溫升。本文針對高速永磁無刷直流電機主要問題之一的轉子渦流損耗進行了深入分析。轉子渦流損耗是由定子電流的時間和空間諧波以及定子槽開口引起的氣隙磁導變化所產生的。首先通過優化定子結構、槽開口和氣隙長度的大小來降低電流空間諧波和氣隙磁導變化所產生的轉子渦流損耗;通過合理地增加繞組電感以及采用銅屏蔽環的方法來減小電流時間諧波引起的轉子渦流損耗。其次對轉子充磁方式和轉子動力學進行了分析。最后制作了高速永磁無刷直流電機樣機和控制系統,進行了空載和負載實驗研究。論文主要工作包括: 一、采用解析計算和有限元仿真的方法研究了不同的定子結構、槽開口大小、以及氣隙長度對高速永磁無刷直流電機轉子渦流損耗的影響。對于2極3槽集中繞組、2極6槽分布疊繞組和2極6槽集中繞組的三臺電機的定子結構進行了對比,利用傅里葉變換,得到了分布于定子槽開口處的等效電流片的空間諧波分量,然后采用計及轉子集膚深度和渦流磁場影響的解析模型計算了轉子渦流損耗,通過有限元仿真對解析計算結果加以驗證。結果表明:3槽集中繞組結構的電機中含有2次、4次等偶數次空間諧波分量,該諧波分量在轉子中產生大量的渦流損耗。采用有限元仿真的方法研究了槽開口和氣隙長度對轉子渦流損耗的影響,在空載和負載狀態下的研究結果均表明:隨著槽開口的增加或者氣隙長度的減小,轉子損耗隨之增加。因此從減小高速永磁無刷電機轉子渦流損耗的角度考慮,2極6槽的定子結構優于2極3槽結構。 二、高速永磁無刷直流電機額定運行時的電流波形中含有大量的時間諧波分量,其中5次和7次時間諧波分量合成的電樞磁場以6倍轉子角速度相對轉子旋轉,11次和13次時間諧波分量合成的電樞磁場以12倍轉子角速度相對轉子旋轉,這些諧波分量與轉子異步,在轉子保護環、永磁體和轉軸中產生大量的渦流損耗,是轉子渦流損耗的主要部分。首先研究了永磁體分塊對轉子渦流損耗的影響,分析表明:永磁體的分塊數和透入深度有關,對于本文設計的高速永磁無刷直流電機,當永磁體分塊數大于12時,永磁體分塊才能有效地減小永磁體中的渦流損耗;反之,永磁體分塊會使永磁體中的渦流損耗增加。為了提高轉子的機械強度,在永磁體表面通常包裹一層高強度的非磁性材料如鈦合金或者碳素纖維等。分析了不同電導率的包裹材料對轉子渦流損耗的影響。然后利用渦流磁場的屏蔽作用,在轉子保護環和永磁體之間增加一層電導率高的銅環。有限元分析表明:盡管銅環中會產生渦流損耗,但正是由于銅環良好的導電性,其產生的渦流磁場抵消了氣隙磁場的諧波分量,使永磁體、轉軸以及保護環中的損耗顯著下降,整體上降低了轉子渦流損耗。分析了不同的銅環厚度對轉子渦流損耗的影響,研究表明轉子各部分的渦流損耗隨著銅屏蔽環厚度的增加而減小,當銅環的厚度達到6次時間諧波的透入深度時,轉子損耗減小到最小。 三、對于給定的電機尺寸,設計了兩臺電感值不同的高速永磁無刷直流電機,通過研究表明:電感越大,電流變化越平緩,電流的諧波分量越低,轉子渦流損耗越小,因此通過合理地增加繞組電感能有效的降低轉子渦流損耗。 四、研究了高速永磁無刷直流電機的電磁設計和轉子動力學問題。對比分析了平行充磁和徑向充磁對高速永磁無刷直流電機性能的影響,結果表明:平行充磁優于徑向充磁。設計并制作了兩種不同結構的轉子:單端式軸承支撐結構和兩端式軸承支撐結構。對兩種結構進行了轉子動力學分析,實驗研究表明:由于轉子設計不合理,單端式軸承支撐結構的轉子轉速達到40,000rpm以上時,保護環和定子齒部發生了摩擦,破壞了轉子動平衡,導致電機運行失敗,而兩端式軸承支撐結構的轉子成功運行到100,000rpm以上。 五、最后制作了平行充磁的高速永磁無刷直流電機樣機和控制系統,進行了空載和負載實驗研究。對比研究了PWM電流調制和銅屏蔽環對轉子損耗的影響,研究表明:銅屏蔽環能有效的降低轉子渦流損耗,使轉子損耗減小到不加銅屏蔽環時的1/2;斬波控制會引入高頻電流諧波分量,使得轉子渦流損耗增加。通過計算繞組反電勢系數的方法,得到了不同控制方式下帶銅屏蔽環和不帶銅屏蔽環轉子永磁體溫度。采用簡化的暫態溫度場有限元模型分析了轉子溫升,有限元分析和實驗計算結果基本吻合,驗證了銅屏蔽環的有效性。

    標簽: 無刷直流 電機轉子 渦流損耗

    上傳時間: 2013-05-18

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  • 變速恒頻恒壓無刷雙饋電機風力發電系統的研究

    在能源消耗日益增長、環境污染日漸嚴重的今天,在當今對可再生能源的開發利用中,風能由于其突出的優點而成為世界各國普遍重視的能源,風力發電技術也成為各國學者競相研究的熱點.而其中變速恒頻風力發電技術因其高效性和實用性正受到越來越多的重視.無刷雙饋電機是一種結構簡單、堅固可靠、異同步通用的電機,可在無刷情況下實現雙饋.它具有功率因數可調、高效率的特點,比較適用于變速恒頻恒壓發電系統中.該文在傳統風力發電的基礎上,致力于研究變速恒頻風力發電技術,以作為變速恒頻風力發電機用的籠型轉子型式的無刷雙饋電機為主要研究對象,進行了深入的研究,主要包括以下幾方面:1.對國內外風力發電研究現狀作了較為全面的綜述,介紹了無刷雙饋電機發展概況和國內外研究現狀.2.研究了無刷雙饋電機的原型及發展,基本結構和運行原理,電磁設計特點.解釋了將無刷雙饋電機應用于變速恒頻風力發電的可行性和優越性.探討了無刷雙饋電機的特性.3.首次推導了適用于變速恒頻風力發電無刷雙饋電機的功率控制數學模型提出無刷雙饋電機變速恒頻風力發電系統的功率控制策略.通過仿真分析驗證了模型和控制策略的正確性.4.研究了無刷雙饋電機作變速恒頻風力發電機運行時的定子功率繞組磁鏈定向矢量控制策略.5.在總結無刷雙饋電機傳統各種控制策略的基礎上,探討了智能控制在無刷雙饋電機的應用.通過仿真分析驗證了模糊功率因數控制策略的正確性.

    標簽: 變速恒頻 雙饋 恒壓 無刷

    上傳時間: 2013-06-24

    上傳用戶:bg6jsx

  • 大功率永磁無刷直流電機及其系統研究

    本課題為研究大功率永磁無刷直流電機及其驅動系統而設計了一臺50kW 多相永磁無刷直流電機,該電機的設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構,驅動系統也基本采用了某大功率永磁無刷直流電機的主電路結構。全文內容如下: 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動系統。本文通過對電機各運行的狀態的分類分析,總結了這種驅動系統的觸發邏輯控制規律,優化了邏輯控制程序,為永磁無刷直流電機驅動系統的仿真和實際系統的開發提供了依據。 本文通過對驅動系統換流過程的詳細分析,總結了有關參數如電機電感、換相電容等對電機換流過程的影響程度、趨勢和規律。給出了驅動系統主要參數選取的依據和選擇方法,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動系統的主電路設計提供理論支持。為準確預測大功率永磁無刷直流電機驅動系統的運行性能,建立了永磁無刷直流電機的電路模型和S函數模型,并闡述了其在Matlab/Simulink 平臺下的建模原理和實現方法。 本文提出的兩種電機模型,相互補充,準確預知了永磁無刷電機驅動系統的運行特性,大大加速驅動系統研制過程。其中,電路模型具有仿真效率高,便于研究驅動系統主電路參數對系統性能的影響,從而對主電路參數進行優化;S 函數模型便于對電機內部細節進行分析,為揭示電機內部變量的變化規律提供了有力的手段。

    標簽: 大功率 無刷直流電機 系統研究

    上傳時間: 2013-07-04

    上傳用戶:mikesering

  • 電動車直流無刷電動機的調速控制

    對當前無刷電動機在電動車領域的應用做了簡單分析,簡要介紹了直流無刷電動機的組成和工作原理,提出設計總體方案,詳細闡述了驅動電路組成和調速部分的具體實現方法,并且介紹了電路的過流保護功能。

    標簽: 電動車 直流無刷電動機 調速控制

    上傳時間: 2013-04-24

    上傳用戶:磊子226

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