矢量控制一直是電機控制領域的熱門話題。本文以異步電機為研究對象，以矢量控制的解耦思想為基礎，采用自動控制的有關方法，對矢量控制進行了探討，著重研究了矢量控制系統(tǒng)中控制器的設計。 @@ 本文對矢量控制和自動控制的相關理論進行了簡單的介紹，包括矢量控制的原理、坐標變換、控制系統(tǒng)的性能指標等。按照矢量控制的解耦思想將耦合的交流電機模擬為解耦的直流電機進行控制，解耦后的交流電機可對轉子磁鏈和轉速進行獨立控制。在設計磁鏈控制器和速度控制器時，通過使用自動控制的相關原理，使得轉子磁鏈和電機轉速達到了預期的性能要求。本文使用的設計方法是先在連續(xù)域下設計控制器，然后將其離散化為數(shù)字控制器，并對連續(xù)域下的控制器和離散域下的控制器進行了仿真和比較。電機轉速是本文的一個重要參數(shù)，文中專門設計了轉速實驗，并對測量結果進行了誤差分析。最后，對本文設計方法的不足之處進行了簡單的說明，也給出了對應的改善方法。 @@ 仿真表明，本文設計的矢量控制系統(tǒng)達到了良好的控制效果。 @@關鍵字：矢量控制、磁鏈調節(jié)器、速度調節(jié)器
標簽： 異步電機 分 矢量控制系統(tǒng)
上傳時間： 2013-06-17
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由于電動助力轉向（EPS）系統(tǒng)具有高性能、高效率、低成本、節(jié)能環(huán)保等優(yōu)點，隨著汽車電子技術的發(fā)展，電動助力轉向技術逐漸取代傳統(tǒng)的液壓助力轉向（HPS），成為轉向助力技術的主流。 @@ 本文在詳細了解EPS系統(tǒng)性能要求和工作原理的基礎上，對各種已有的EPS助力電機進行了總結和比較。對比結果表明，無刷直流電機（BLDC）憑借其顯著的優(yōu)點，成為EPS助力電機的較優(yōu)選擇。 @@ 無刷直流電機作為一種由電動機本體和驅動器組成的機電一體化產品，與傳統(tǒng)的直流電機一樣，具有良好的起動和調速性能，并且由于用電子換向取代了機械換向，不存在傳統(tǒng)直流電機的換向火花和機械噪聲，在許多性能要求比較高的場合已得到普遍應用。隨著電力電子技術、計算機技術的發(fā)展，其應用范圍還在進一步擴展。然而，BLDC電機作為EPS系統(tǒng)的助力電機也并非全無缺點。永磁電機中固有的齒槽轉矩的存在，以及由于采用120°換向工作模式造成的轉矩波動，都會嚴重影響EPS系統(tǒng)的操控性能。 @@ 本課題針對無刷直流電機在汽車電動助力轉向系統(tǒng)中的應用，根據(jù)EPS系統(tǒng)對助力電機的要求，設計了一臺轉向助力用永磁無刷直流電動機，并使用有限元方法對電機性能進行了分析。為了反映參數(shù)變化對電機性能的影響，從而為電機的設計提供指導，我們還用場路耦合的解析算法對電機性能進行了分析。在分析結果的基礎上，對永磁電機中的齒槽轉矩進行了研究，并針對樣機提出了齒槽轉矩的削弱方法，然后使用三維有限元的方式對所提出的方法進行了仿真驗證。 @@ 根據(jù)EPS系統(tǒng)的工作原理，探討了助力電機的控制策略，并設計了帶傳感器的無刷直流電機的控制系統(tǒng)。分別完成控制系統(tǒng)硬件和軟件的設計，并進行了相關實驗，結果表明基本達到了設計的目標。 @@關鍵詞：EPS、無刷直流電機、電機設計與優(yōu)化、有限元、控制器設計
上傳時間： 2013-07-29
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隨著電力電子技術的飛速發(fā)展，越來越多的電力電子裝置被應用到各個領域，給電網(wǎng)注入了不可忽視的無功以及諧波電流。 本文首先介紹了諧波的概念和諧波的危害，闡述了諧波問題研究的必要性和緊迫性，并對諧波抑制的方法作了簡單的介紹。并在此基礎上，通過對有源濾波器和無源濾波器各自的優(yōu)缺點以及有源濾波器裝置的結構、原理的分析，提出了基于DSP控制器的三相三線制并聯(lián)型有源電力濾波器裝置的設計方案。 并聯(lián)有源電力濾波器主電路設計是核心環(huán)節(jié)之一。本文在三相三線并聯(lián)型有源電力濾波器數(shù)學模型的基礎上，通過對采用空間矢量調制的有源電力濾波器的工作過程的研究和分析，揭示了主電路各參數(shù)之間的相互關系。根據(jù)瞬態(tài)電流跟蹤指標的要求推導出并聯(lián)APF輸出電感的估算公式。基于對電流跟蹤誤差矢量的度量，推導出直流側電容電壓臨界值表達式。詳細介紹了輸出濾波器參數(shù)的設計方法。 實時、高精度的諧波檢測是有源電力濾波器的重要部分。本文詳細地介紹了瞬時無功功率理論，選擇檢測負載電流的方式以提取諧波。提出了用滑窗迭代作為低通濾波的數(shù)字算法，以快速分離負載電流中的基波分量得到諧波指令。以全數(shù)字控制為重點，對電流環(huán)的數(shù)字控制方式，包括數(shù)字PI調節(jié)器的設計做出了比較詳細的分析。 本文用MATLAB/SIMULINK中的電力系統(tǒng)模塊對有源電力濾波器進行了動態(tài)仿真研究。仿真結果表明這種拓撲結構的有源電力濾波器對電力系統(tǒng)中的諧波抑制具有較好的效果。 在理論分析和仿真研究的基礎上，設計了基于TMS320LF2407A控制的并聯(lián)型電力有源濾波器，對其控制系統(tǒng)硬件構成進行了詳細的介紹。研制了實驗樣機，對并聯(lián)型電力有源濾波器進行了初步的實驗研究。
上傳時間： 2013-04-24
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目前離心機的變頻控制，采用的多是通用變頻器，沒有自主開發(fā)的離心機專用的交流調速控制器。同時，在控制方法上采用的主要還是V/F控制以及矢量控制，而效率更高，性能更好的直接轉矩控制方法則還沒有得到廣泛的應用。直接轉矩控制技術，用空間矢量的分析方法，直接在定子坐標系下計算與控制交流電動機的轉矩，采用定子磁場定向，借助于離散的兩點式調節(jié)(Bang-Bang控制)產生PWM信號，直接對逆變器的開關狀態(tài)進行最佳控制，獲得轉矩的高動態(tài)性能。直接轉矩控制，控制結構簡單、控制手段直接、信號處理的物理概念明確、轉矩響應迅速，限制在一拍內，是一種具有高動態(tài)響應的交流調速系統(tǒng)。本文通過對直接轉矩控制系統(tǒng)原理的分析、軟硬件的設計制作、系統(tǒng)的調試試驗，得到以下結論: ⑴直接轉矩控制系統(tǒng)，控制手段直接、信號處理的物理概念明確、轉矩動態(tài)響應迅速； ⑵直接轉矩控制系統(tǒng)中，低速階段轉矩脈動明顯，通過采用異步電動機適應全速的U-I模型，以及扇區(qū)細化等，可以有效減小轉矩脈動;由于轉矩和磁鏈采用離散的兩點式調節(jié)，即使在高速運行階段轉矩也有輕微的脈動，通過細分磁鏈扇區(qū)，采用空間矢量脈寬調制技術可以有效減小脈動，提高系統(tǒng)控制性能； ⑶直接轉矩控制系統(tǒng)中，檢測環(huán)節(jié)及其重要，特別是電壓、電流的檢測。無論采用哪種電機模型，電壓和電流都是最主要的參數(shù)，準確的電壓、電流檢測能夠增加電機模型的正確性，為控制提供基本的保障； ⑷直接轉矩控制系統(tǒng)中，對電機參數(shù)的要求簡單，只需要知道電動機定子電阻，因此直接轉矩控制系統(tǒng)的魯棒性強，易于移植。
上傳時間： 2013-04-24
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直接轉矩控制技術(DTC)是繼矢量控制技術之后交流調速領域中新興的控制技術，它采用空間矢量分析的方法，直接在定子坐標系下計算并控制異步電機的轉矩和磁鏈，采用定子磁場定向，直接對逆變器的開關狀態(tài)進行最佳控制，從而能夠快速而準確地控制異步電動機的轉矩和磁鏈，以獲得轉矩的高動態(tài)性能。目前在高速離心機行業(yè)，普遍采用通用型變頻器，其通用性好，但參數(shù)較多，價格較貴，為了降低成本增強控制性能，本文利用直接轉矩控制技術的優(yōu)點，采用直接轉矩控制策略設計并制作了針對高速離心機的專用變頻器。 本文介紹了異步電動機和逆變器的基本數(shù)學模型，分析了異步電機直接轉矩控制的基本原理，以及直接轉矩控制系統(tǒng)的基本組成，對直接轉矩控制系統(tǒng)進行了仿真研究，建立了基于MATLAB/Simulink的仿真系統(tǒng)，介紹了仿真模型的各組成部分，包括3/2變換、定子磁鏈、電機轉矩觀測模型、轉矩調節(jié)器、磁鏈調節(jié)器、扇區(qū)判斷、開關表選擇等，給出了系統(tǒng)加減負載和加減轉速仿真結果，仿真結果表明了其磁鏈軌跡近似為圓形，系統(tǒng)具有良好的動態(tài)和穩(wěn)態(tài)性能，同時證明了建立的轉矩和磁鏈觀測模型以及控制算法的正確性和可行性。根據(jù)仿真實現(xiàn)方法以及結果的指導，設計并制作了整個系統(tǒng)的硬件電路，包括主電路(單相整流、濾波、制動電路、啟動限流電路、逆變電路)、控制電路(DSP、驅動隔離放大、采樣)并對各器件進行選型，給出了硬件各部分電路圖；最后介紹了系統(tǒng)的軟件流程以及各模塊的程序實現(xiàn)，系統(tǒng)的軟件部分采用C語言進行編程，實現(xiàn)了定子相電流的采樣、定子相電壓的計算、定子磁鏈的計算和開關信號的輸出等功能。在分別對硬件和軟件各部分進行調試后，進行了系統(tǒng)的聯(lián)合調試，以TMS320F2808作為控制器，在一臺功率為1.5KW的交流異步電機上實現(xiàn)了直接轉矩控制。
上傳時間： 2013-05-31
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近年來，多電平逆變器在高壓大容量電能變換中得到廣泛應用，而其控制策略和電路拓撲等已成為了研究熱點。相對傳統(tǒng)的兩電平逆變器，它具有效率高動態(tài)性能好，對電動機產生的諧波少，適合高壓大容量等優(yōu)點。但隨著電平數(shù)的增加，基本控制算法越來越復雜，同時還存在中點電壓不平衡等問題。將DSP數(shù)字控制技術應用于多電平逆變器不僅簡化了系統(tǒng)的硬件控制電路，提高了系統(tǒng)性能，還可以實現(xiàn)系統(tǒng)的優(yōu)化控制。 本文以二極管箝位式三電平逆變器為研究對象，首先介紹了三電平逆變器的拓撲結構和工作原理，對三電平逆變器的電路方程進行了深入的分析，在開關函數(shù)的基礎上建立了三電平逆變器的數(shù)學模型。在此基礎上，對空間電壓矢量脈寬調制（SVPWM）算法進行了改進，并詳細推導了該調制算法的計算公式，結合中點電位控制來確定開關矢量的作用順序，使仿真和實現(xiàn)都比較容易。然后重點分析了三電平逆變器直流側電容電壓不平衡問題產生的原因，提出了一種能控制逆變器直流側電容中點電位平衡的電壓空間矢量脈寬調制方法。最后采用MATLAB仿真軟件對所推導的三電平逆變器SVPWM調制算法和中點電位平衡控制方法進行了仿真分析，證明了該調制算法的正確性和可行性。
上傳時間： 2013-05-20
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地鐵列車牽引轉矩控制是影響列車安全可靠運行的重要因素，牽引變流模塊是整個列車交流傳動系統(tǒng)的核心設備，而牽引轉矩控制又是最關鍵的部分。本文以某城市國產化地鐵列車為研究對象，主要針對牽引轉矩控制方案進行研究并通過設計列車通信網(wǎng)絡對牽引轉矩實施監(jiān)測。 論文首先介紹地鐵列車牽引轉矩控制的研究現(xiàn)狀，分析目前高性能交流調速方法在地鐵列車牽引轉矩控制中的應用現(xiàn)狀。并簡要介紹了網(wǎng)絡監(jiān)測技術的研究現(xiàn)狀和CANopen總線協(xié)議在軌道交通車輛中的國內外應用現(xiàn)狀。 采用可編程邏輯控制器PLC及其子模塊構建了通信網(wǎng)絡的硬件結構，并設計了通信網(wǎng)絡軟件。對CANopen的通信報文進行了具體設計，實現(xiàn)了應用層協(xié)議CANopen的功能。 根據(jù)實際運行的需求，對牽引電機轉矩控制、牽引逆變器的PWM控制方式進行了研究。采用帶轉矩內環(huán)的轉速、磁鏈閉環(huán)矢量控制方法，應用帶定時調制環(huán)節(jié)的滯環(huán)電流比較PWM和優(yōu)化脈沖控制方案分段對逆變器進行PWM控制。通過設計牽引系統(tǒng)與CANopen網(wǎng)絡的數(shù)據(jù)接口，實現(xiàn)了通信網(wǎng)絡對牽引控制效果的監(jiān)測，并對牽引特性曲線進行分析；選取特性曲線上的特定工作點，對牽引控制效果進行了分析說明。測試結果表明本文討論的牽引矢量控制和PWM控制方案能夠很好地滿足列車運營對牽引轉矩的要求。 目前，該系統(tǒng)正在進行線路運行調試和性能改進，準備交付用戶進行商業(yè)線路運營，具有很好的工程應用價值。
上傳時間： 2013-08-02
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三相電壓不平衡度是衡量電網(wǎng)電能質量的一個重要指標。在三相系統(tǒng)中，引起電壓不平衡的主要原因是發(fā)電機的輸出電壓不平衡和負載不平衡兩方面，電壓不平衡比較嚴重時，會給系統(tǒng)帶來諸多危害。近年來，STATCOM因其動態(tài)響應速度快，電流諧波含量小，裝置體積小等優(yōu)點，在電壓不平衡補償中的應用越來越廣。 首先本文研究了基于IGCT的STATCOM主電路。為了獲得更高的輸出電壓，通常需要將IGCT串聯(lián)使用。然而在器件串聯(lián)使用時，由于其特性的差異會產生暫態(tài)電壓分配不均衡，導致個別器件上產生過電壓而威脅器件的安全，嚴重時會燒毀器件。因此需要采用均壓電路來保證串聯(lián)結構中電壓的平均分配。本文重點對IGCT串聯(lián)均壓電路和緩沖電路進行了設計，在分析串聯(lián)均壓電路的同時，計算了吸收電容和吸收電阻的取值范圍。而后，對緩沖電路進行了Pspice仿真，通過仿真驗證了均壓電路的工作效果。結果表明，吸收電容和吸收電阻的取值合適，能夠對IGCT的串聯(lián)運行起到很好的保護作用。本文還對100Kvar/660VSTATCOM的主電路進行了參數(shù)設計，對IGCT的型號和各主要元件進行了選擇。 本文重點研究了不平衡系統(tǒng)中STATCOM的控制策略。建立了基于IGCT的STATCOM的數(shù)學模型；根據(jù)STATCOM的電流暫態(tài)模型，對電流電壓進行序分解，并做D—Q坐標變換，建立STATCOM在靜止坐標系下的正、負序數(shù)學模型。基于建立的負序模型，研究STATCOM在不平衡情況下的控制策略，本文采用無差拍控制方法；根據(jù)實際補償時遇到的問題：收斂速度慢、依賴固定的負載模型、魯棒性差等，對無差拍控制方法進行了優(yōu)化設計。該優(yōu)化方法在傳統(tǒng)無差拍的基礎上引入了參考電流觀測器和狀態(tài)觀測器；文中具體設計了這個改進無差拍控制器和其相關電路。經(jīng)分析與仿真驗證了本文提出的優(yōu)化控制方法，將該方法應用于STATCOM不平衡補償器，取得了良好的不平衡補償性能、快速的動態(tài)響應和良好的魯棒性。
上傳時間： 2013-06-05
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無刷直流電機以體積小、重量輕、效率高、調速性能好、無換向火花及無勵磁損耗等諸多優(yōu)點被大量應用于家電、交通、醫(yī)療器械、數(shù)控機床及機器人等領域，現(xiàn)代工業(yè)的快速發(fā)展對無刷直流電機控制系統(tǒng)的性能要求也越來越高。可以預見，隨著永磁材料和電力電子器件價格進一步的降低，無刷直流電機驅動理論的研究不斷深入，無刷直流電機的應用前景將更加廣泛。 本文通過閱讀大量文獻資料，介紹了無刷直流電機的發(fā)展現(xiàn)狀、研究動態(tài)及工作原理等。在控制策略上，采用了基于智能控制思想的模糊控制，其特點是不依賴于對象模型，利用制定的控制規(guī)則進行了模糊推理從而獲得合適的控制量。運用Matlab/Simulink對控制系統(tǒng)進行了建模和仿真，其中速度環(huán)采用模糊PI調節(jié)，電流環(huán)采用傳統(tǒng)的PI調節(jié)，為后面的實驗提供了理論分析的基礎。 結合無刷直流電機的結構，利用電機內部的霍爾元件檢測轉子位置。根據(jù)模糊控制器的設計方法，給出了模糊控制查詢表。采用TI公司的數(shù)字信號處理器TMS320F2812作為主控芯片，在硬件上設計了整流電路、逆變電路、驅動電路、調理及保護電路等；在DSP軟件開發(fā)環(huán)境CCS下，采用C語言和匯編語言進行了混合編程，實現(xiàn)了轉子位置信號的讀取、PWM波的產生、AD采樣、速度模糊PI調節(jié)及電流調節(jié)等功能。 通過對整個控制系統(tǒng)的軟硬件聯(lián)合調試，進行了相關實驗。相對傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)，采用模糊PI控制的系統(tǒng)具有響應速度快、超調量小、穩(wěn)定性好等優(yōu)點。實驗結果表明了無刷直流電機模糊控制系統(tǒng)設計的正確性。最后對整個設計進行了總結，對后續(xù)的工作給出了自己的見解。
上傳時間： 2013-04-24
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空調壓縮機是空調器的核心部件。傳統(tǒng)定速空調器中壓縮機多采用單相異步電動機，對電機采用簡單的開關式控制，電能損耗、室溫波動及噪音都很大，壓縮機容易受沖擊損壞。隨著人們生活水平的提高及能源短缺問題的出現(xiàn)，將變頻調速技術應用于空調器中，將變頻壓縮機取代傳統(tǒng)定頻定速壓縮機，對其進行變頻調速將使壓縮機減少開停次數(shù)，降低室溫波動，提高舒適度，獲得了更好的空氣調節(jié)效果和實現(xiàn)節(jié)能降耗的要求。 空調系統(tǒng)是一個典型的多輸入多輸出、具有大滯后特性的菲線性系統(tǒng)。要對空調壓縮機進行變頻調速，需要根據(jù)房間溫度的變化得出壓縮機的頻率值。由于空調系統(tǒng)精確的數(shù)學模型難以取得，且時間常數(shù)較大，傳統(tǒng)的PID調整不僅費時費力，性能指標也不能令人滿意。因此，將模糊控制技術引入空調壓縮機的變頻調速控制，建立模糊控制器，以房間溫度的變化和變化率為輸入，壓縮機的頻率為輸出。對于提高空調系統(tǒng)的控制精度、穩(wěn)定性和可靠性，無論從學術研究角度出發(fā)，還是在工程應用方面，都具有相當?shù)默F(xiàn)實意義。 本文分別從三相異步電動機的變頻調速技術、變頻空調控制策略等方面進行了探討分析。首先將模糊控制技術應用到空調壓縮機變頻調速中，根據(jù)建立模糊控制規(guī)則的基本思想及實際運行經(jīng)驗，通過模糊控制技術使空調壓縮機具有自調整的智能特性，從而得出最佳的動態(tài)控制參數(shù)，克服了PID控制器控制精度較低、消除穩(wěn)態(tài)誤差能力差的缺點。 然后詳細闡述了SVPWM的基本原理，對空間矢量調制（SVPWM）方式及其實現(xiàn)方法進行了探討。在變頻壓縮機的控制中采用先進的SVPWM調制技術，壓縮機能根據(jù)室內需要的冷（熱）量不同，連續(xù)地、動態(tài)地、實時地調整其制冷（熱）量，始終保持在較合理的運轉狀態(tài)下。能夠進一步提高電壓的利用率和頻率分辨率，并使壓縮機運行更加平穩(wěn)，提高空調的效率，達到節(jié)能降耗的效果。
上傳時間： 2013-04-24
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