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標(biāo)簽： GE-FANUC-PLC 指令集 指令
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專輯類-執(zhí)行器件相關(guān)專輯-43冊-296M 開關(guān)型磁阻電動機調(diào)速控制技術(shù).pdf
標(biāo)簽： 開關(guān) 磁阻 電動機調(diào)速
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動力傳動中的直線往復(fù)運動往往是通過旋轉(zhuǎn)運動在傳動裝置的作用下實現(xiàn)的。因此，頻繁的高速和低速的傳遞運動裝置的較好選擇是直線開關(guān)磁阻電機(LSRM)。但是，這種電機很少得到運用，這是因為LSRM的數(shù)學(xué)模型很難準(zhǔn)確建立，它的固有的牽引力脈動(類似于旋轉(zhuǎn)開關(guān)磁阻電機的轉(zhuǎn)矩脈動)也很難克服，因而控制起來比較困難。隨著電力電子技術(shù)和數(shù)字技術(shù)的發(fā)展，直線開關(guān)磁阻電機以其簡單結(jié)實的電機結(jié)構(gòu)、優(yōu)越的性能和經(jīng)濟指標(biāo)，近年來受到學(xué)術(shù)界的極大關(guān)注，不少大學(xué)和研究機構(gòu)都開展了研究工作，取得了一定的成就。本文在“通過先進的控制策略簡化機械裝置”的指導(dǎo)思想下，結(jié)合目前國際學(xué)術(shù)界的最新研究成果，對直線開關(guān)磁阻電機的理論、結(jié)構(gòu)設(shè)計和系統(tǒng)仿真進行了一系列的研究。 本文從最基本的理論公式推導(dǎo)出直線開關(guān)磁阻電機的數(shù)學(xué)模型，并在此基礎(chǔ)上結(jié)合具體參數(shù)進行電機的結(jié)構(gòu)設(shè)計，分析了各參數(shù)的靜態(tài)特性，推導(dǎo)出動態(tài)方程和傳遞函數(shù)，建立了非線性動態(tài)模型，利用該模型進行系統(tǒng)的動態(tài)特性分析，給出仿真結(jié)果；對系統(tǒng)進行優(yōu)化，提出了一種簡單可行的參數(shù)選擇方法。仿真結(jié)果表明，其動態(tài)響應(yīng)性能明顯提高。在分析常用功率變換器的基礎(chǔ)上，引進軟開關(guān)技術(shù)，用來降低電機的損耗和脈動。采用TMS320VC33進行數(shù)據(jù)處理，給出了與DSP相連接的相關(guān)檢測電路。 為了降低和消除開關(guān)磁阻電機的脈動和噪聲，本文利用滑模變結(jié)構(gòu)控制具有快速響應(yīng)和對外部變化不靈敏等優(yōu)點，設(shè)計了LSRM滑模變結(jié)構(gòu)控制系統(tǒng)。仿真結(jié)果表明，其效果明顯。 本文研究的目的在于把直線電機的結(jié)構(gòu)和開關(guān)磁阻電機的原理和控制方式結(jié)合起來，對直線開關(guān)磁阻電機進行深入的分析，并在動態(tài)特性上進行較多的理論和仿真分析，在保持開關(guān)磁阻電機固有的優(yōu)點上，進一步簡化電機的結(jié)構(gòu)，使之能在一些特殊場合使用，以提高整個傳動系統(tǒng)的效率。 研究結(jié)果表明，直線開關(guān)磁阻電機的結(jié)構(gòu)十分簡單，控制策略相對成熟，因而直線開關(guān)磁阻電機的研究和推廣運用是很有前途的。
標(biāo)簽： 直線 開關(guān)磁阻電機 控制
上傳時間： 2013-06-20
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開關(guān)磁阻電機（SR電機）驅(qū)動系統(tǒng)（SRD）是一種先進的機電一體化裝置，但是其較大的振動噪聲和轉(zhuǎn)矩脈動問題制約了SRD的廣泛應(yīng)用。本文以減小SR電機振動噪聲和轉(zhuǎn)矩脈動為主題展開理論分析和實驗研究。主要內(nèi)容有：由于徑向力引起的定子徑向振動是SR電機噪聲的主要根源，因此徑向力的分析和計算是研究SR電機振動噪聲的基礎(chǔ)。本文利用磁通管法推導(dǎo)出徑向力的解析表達式，定性分析了徑向力與電機結(jié)構(gòu)參數(shù)等之間的關(guān)系。根據(jù)虛位移原理，推導(dǎo)出基于矢量磁勢的電磁力計算公式。該計算方法求解電磁力時只需進行一次磁場計算，不但減小了計算量，同時計算精度較傳統(tǒng)虛位移法高。利用這一計算方法，求出了實驗樣機的轉(zhuǎn)矩及徑向力的精確數(shù)值解。針對在SRD性能仿真時，傳統(tǒng)的非線性插值不但耗時，而且對有限元計算數(shù)據(jù)量要求高的問題，本文利用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)強大的非線性模型辨識能力，成功進行了SR電機磁鏈反演和轉(zhuǎn)矩計算的模型訓(xùn)練，最后建立了基于人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的SR電機精確解析數(shù)學(xué)模型。因為SR電機本體結(jié)構(gòu)形式的選擇問題與振動噪聲大小有著密切的關(guān)系。本文從噪聲輻射和振動幅值角度探討了SR電機主要尺寸的確定；接著從對稱性、力波階數(shù)等角度研究了SR電機相數(shù)及繞組連接方式、極數(shù)、并聯(lián)支路數(shù)的選擇問題。并對一些常用的降低電機機械噪聲的措施和方法進行了綜述。系統(tǒng)振動特性的研究對于減小振動噪聲十分重要。本文從振動系統(tǒng)的運動方程出發(fā)，導(dǎo)出了從激振力到振動加速度的傳遞函數(shù)和系統(tǒng)的自由振動解；然后利用機電類比法得出了SR電機定子系統(tǒng)的固有頻率以及振動振幅的解析解，定性分析了影響振動振幅的各種因素；最后利用基于能量法的有限元解法，通過建立不同的散熱筋結(jié)構(gòu)形式、高度、根數(shù)以及形狀的SR電機三維有限元模型，分析得出了最有利于降噪和散熱的散熱筋結(jié)構(gòu)是高度高、根數(shù)多、上窄下寬的梯形截面的周向散熱筋的結(jié)論。通過建立不同繞組裝配工藝下的SR電機三維有限元模型，分析得出了加強繞組剛度可以提高系統(tǒng)低階固有頻率的結(jié)論。通過比較實驗樣機的模態(tài)分析結(jié)果和運行實驗結(jié)果，證實了模態(tài)分析的有效性。仿真是計算SRD系統(tǒng)性能和預(yù)估電機振動的有效手段。本文在用MATLAB建立SRD系統(tǒng)的非線性動態(tài)仿真模型的基礎(chǔ)上，對SRD系統(tǒng)進行了穩(wěn)態(tài)性能仿真、動態(tài)性能仿真以及負(fù)載突變仿真。接著利用穩(wěn)態(tài)性能仿真，綜合考慮最大平均轉(zhuǎn)矩和效率這兩個優(yōu)化目標(biāo)，對SR電機的開關(guān)角進行了優(yōu)化。最后結(jié)合由磁場有限元計算得到的徑向力數(shù)據(jù)表和穩(wěn)態(tài)性能仿真，通過非線性插值得到徑向力的波形，然后對徑向力波形進行了頻譜分析，從而找到其主要的諧波分量。在電機設(shè)計階段避免徑向力波主要頻譜分量與SR電機定子的固有頻率接近而引起共振是降低SR電機噪聲的首要條件。合適的控制策略對于SR電機減振降噪是必不可少的。本文理論推導(dǎo)出三步換相法的時間參數(shù)取值公式。仿真證明本取值公式較原先文獻的結(jié)論在阻尼比較小時有更好的減振效果。針對SR電機運行中可能出現(xiàn)多個模態(tài)振形被激發(fā)出來的情況，利用數(shù)值優(yōu)化法對三步換相法的時間參數(shù)進行了優(yōu)化，使得減振效果整體最佳，所提的數(shù)值優(yōu)化方法對兩步換相法同樣有效。在分析已有的直接瞬時轉(zhuǎn)矩控制的基礎(chǔ)上，針對其不足之處，提出了轉(zhuǎn)矩定頻控制取代內(nèi)滯環(huán)的方法、開始重疊區(qū)域的轉(zhuǎn)矩控制方法、最佳開關(guān)角度二次優(yōu)化法和時間參數(shù)優(yōu)化的三步換相法等新的控制方案。動態(tài)仿真證明這些方案是切實有效的，達到了預(yù)期效果。最后在直接瞬時轉(zhuǎn)矩控制的每一次轉(zhuǎn)矩斬波都使用三步換相法，和在相關(guān)斷時刻根據(jù)實際電平靈活選用兩步或三步換相法以減小電機振動噪聲，并提出了考慮減振要求的開關(guān)頻率設(shè)計方法，最終形成了一套完整的降低振動噪聲和轉(zhuǎn)矩脈動控制策略。設(shè)計并研制了基于TMS320LF2407DSP的SR電機控制器。根據(jù)控制策略要求，選用了不對稱半橋功率電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)；出于降低成本以及提高可靠性考慮，采用了MOSFET雙路并聯(lián)電路方案。在控制軟件中實現(xiàn)了本文所提出的降低SR電機振動噪聲和轉(zhuǎn)矩脈動控制策略。本文最后對實驗樣機進行了靜態(tài)轉(zhuǎn)矩的測量實驗，對比轉(zhuǎn)矩測量值與轉(zhuǎn)矩有限元計算值，驗證了磁場有限元計算的有效性。然后對實驗樣機進行了空載與負(fù)載、電流控制與轉(zhuǎn)矩控制、低速斬波與高速單波、是否采用兩步或三步換相法等一系列對比運行實驗，對比各種實驗結(jié)果，充分證實了本文所提出的降低振動噪聲和轉(zhuǎn)矩脈動控制策略的有效性。本課題組承擔(dān)了國家十·五863計劃電動汽車重大專項：“EQ6110HEV混合動力城市公交車用電機及其控制系統(tǒng)”（2001AA501421）。本文的研究是在該項目的資助下完成，并且本文關(guān)于電機本體結(jié)構(gòu)形式、散熱筋結(jié)構(gòu)和機械降噪措施等的結(jié)論已在該項目的60kW實驗樣機上得到證實。
標(biāo)簽： 開關(guān)磁阻電機 減 降噪
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