超聲波電機(Ultrasonic Motor)是近二十年來發展起來的一種新原理電機,其原理不同于傳統的電磁型電機,它是利用壓電陶瓷的逆壓電效應激發超聲振動,借助彈性體諧振放大,通過摩擦耦合產生旋轉運動或直線運動.其顯著特點是低轉速、大力矩、可用于直接驅動、結構簡單、電磁兼容性好并具有斷電自鎖等功能,在某些特殊領域內已取得了一席之地.超聲波電機形式多樣,其中縱扭復合型超聲波電機的輸出力矩最高能達到行波型超聲波電機的十幾倍,且控制性能更好,因此縱扭復合型超聲波電機的研究可以便超聲波電機的應用得到進一步的拓展.前幾年,輸出力矩大于1Nm的超聲波電機研究主要集中在日本幾家研究機構,國內對于大力矩高精度電機的研究幾乎是空白.近幾年,國內紛紛對具有大力矩輸出特性的縱扭復合型超聲波電機展開了研究,浙江大學、南京航天航空大學、清華大學等.該文以具有大力矩輸出的縱扭復合型超聲波電機作為研究對象,對其摩擦驅動模型、振動模態、摩擦材料的選擇、電機結構設計及優化和測控系統等進行了系統全面的研究,并在此基礎上研制了兩套樣機,每套樣機的最大力矩在10Nm以上,且定位精度達到0.025度,形成了大力矩高精度縱扭復合型超聲波電機的理論和實驗基礎.
上傳時間： 2013-05-21
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該文主要研究超聲波電機的傳動機理、數學模型、結構設計、驅動系統和精密伺服系統的理論和實踐,為超聲波電機的進一步研究和產業化奠定基礎.該文主要內容和研究成果如下:系統地總結了國內外超聲波電機的研究歷史、發展現狀和主要應用,研究了超聲波電機的運行機理.研制了超聲波電機專用、高抗干擾能力,高可靠性、兩相正交、正弦超聲波驅動電源,分別探討了使用串聯電感和并聯電感實施負載阻抗匹配時,電機性能所受到的影響.研制了利用電機定子上壓電陶瓷的孤極反饋來進行頻率調整的新型頻率跟蹤控制器,實現了超聲波電機速度的穩定性控制. 實現了超聲波電機高精度位置檢測,研制了基于DSP的超聲波電機精密伺服控制系統,完成了采用驅動頻率/相位的P、PI和自適應控制方案進行精密定位控制的理論探討和實驗研究,井進行了模糊控制的理論探討.在理論研究的基礎上,成功地研制了環形超聲波電機及其精密定位控制系統.單元電機最大轉矩1N. m,控制精度2.16′.
上傳時間： 2013-07-15
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電能計量的精度無論對于供電方還是對于用電方，都非常重要。傳統電能表的精度低，功能單一，不能滿足精度要求和非正弦電路的無功功率測量。隨著電力電子裝置等非線性負載的功率容量和功率密度的不斷增大，他們所產生的諧波已使電網遭受日益嚴重的污染。在這種情況下，有必要研發新技術新設備。同時，數字信號處理技術(DSP)正在迅速發展，21世紀將是數字信號處理理論與算法的大發展時期。 本項目采用ADI于2004年生產的BLACKFIN531 16位定點DSP芯片。針對目前市場上現行的電能表所存在的缺陷和局限性，研究并設計了一種基于DSP BF531芯片的高精度多功能電能表。采用了諸多最新的理論成果，電能計量精度達到0.2S級，諧波測量精度達到0.5%。在一定的定義下，無功測量方法不但適用于正弦電路，也適用于非正弦電路下的無功功率測量。全書共分七章： 第一章、簡述了電能計量裝置的發展和現狀，論證了本課題開發和研究的必要性和可行性，介紹了高精度多功能電能表的系統方案； 第二章、 討論了電測系統的測量原理，設計了電能表中的計量和分析算法； 第三章、 介紹了系統的硬件平臺和開發環境； 第四章、 詳細給出了系統的硬件設計； 第五章、 分析系統誤差及其校正； 第六章、 介紹系統的軟件設計； 第七章、 對整個系統進行實驗測試，給出測試結果，最后討論、總結。
上傳時間： 2013-06-21
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超聲波電機(Ultrasonic Motor,簡稱USM)是近二十年來發展起來的一種新型驅動裝置,該電機不同于傳統的電磁感應電機,它是利用壓電陶瓷的逆壓電效應激發超聲振動,借助彈性體諧振放大,通過摩擦耦合產生旋轉運動或直線運動.這種電機的具有響應快、結構緊湊、低轉速、大力矩、不受電磁干擾、斷電自鎖等優點,在微型機械、機器人、精密儀器、家用電器、航空航天、汽車等方面有著廣泛的應用前景.隨著超聲波電機的推廣應用和產業化發展的需要,對超聲波電機的驅動和控制技術的研究就非常必要了,小型化、通用化、高性能的驅動電源和簡單而又實用的控制技術已成為國內外研究的熱點.該文對于單一的定位控制,研究一種簡單且控制精度高的控制算法,結合所研制的縱扭復合型超聲波電機樣機,實現了高精度(0.010度)的定位控制,另對基于高性能DSP的驅動電源進行了初步的探討和研究,研制了通用性較高的驅動電源.該文開展的主要研究工作和取得的成果如下:1.簡要地介紹了超聲波電機的原理、發展歷史和特點,重點分析了超聲波電機驅動電源和定位控制的研究進展和存在的問題,從而引出該碩士論文的研究意義和主要內容.2.從理論和實驗上揭示這種電機具有的高分辨率和步進特性實質,提出了利用此特性實現高精度的定位控制策略——步進定位法,并分析了影響其定位精度的因素,結合所研制的縱扭復合型超聲波電機樣機,實現了高精度(0.010度)的定位控制,并確定了相關控制參數的選擇準則.3.簡要介紹了常用開關變換器結構,設計了以MOSFET為開關器件的半橋式逆變功率電路.介紹了高性能DSP(TMS320LF2407)為核心的控制信號發生電路和以UC3842為控制芯片的可調壓直流電源,結合控制電路和功率變換電路獲得了驅動超聲波電機所需兩項幅值、頻率、相位可調的交變方波,具有較高的通用性,為進一步開展運用較復雜控制策略的超聲波電機位置和速度伺服控制研究打下一定基礎.
上傳時間： 2013-04-24
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本文對超聲波電機驅動控制系統進行了研究。全文主要內容如下：系統介紹了超聲波電機的特點、研究歷史和主要應用，概述了超聲波電機驅動控制技術的研究現狀。在介紹壓電陶瓷逆壓電效應與壓電振子諧振特性的基礎上，闡述了超聲波電機的運行機理及調速原理。介紹了環狀行波型超聲波電機的基本結構及工作原理。研制了基于DSP的超聲波電機驅動控制系統，為超聲波電機控制技術的研究提供了一個通用實驗平臺。通過光電編碼器檢測超聲波電機的速度，研制了利用速度反饋來進行頻率調整的頻率跟蹤控制器，實現了采用頻率P調節的超聲波電機速度穩定性控制。實現了大外徑(80mm)環狀行波型超聲波電機的高精度位置檢測。研制了基于DSP的超聲波電機位置控制系統，完成了采用相位差P控制方案進行精密定位控制的實驗研究。
上傳時間： 2013-05-21
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直線電動機直接驅動運動設備，省略了機械轉換機構，完全消除機械傳動元件的速度和加速度的物理極限，具有長行程、低慣量、高精度、快響應和高速度等特征，是先進加工中心的標志。90年代中期以后，直線驅動技術在超精密定位領域中得到了廣泛的應用，吸引了越來越多的研究機構和人員投入到這一領域中來。 永磁直線同步電機與普通的直線異步電機相比，具有效率高、輸出力矩大、體積小、易于控制等優點，極大地提高了進給系統的快速響應性和運動精度，成為新一代超精密機床中最具有代表的技術。永磁直線同步電機伺服控制系統將是當前和今后直線電機發展應用的一個方向。 本文以直線電機理論為依據，以現有的實驗設備及新的實驗方法為基礎，設計了永磁直線同步電動機控制系統，分析了永磁直線同步電機控制系統中存在的難點，并對直線電動機控制系統的控制性能進行了初步的實驗研究。 首先，介紹了永磁直線同步電機的結構、工作原理、相關控制策略，對直線電機控制難點進行了探討。在此基礎上，設計了永磁直線同步電機的控制系統的總體方案。 然后針對永磁直線同步電機控制系統的主要難點，分為位置檢測技術，硬件系統設計和軟件系統設計三個方面對控制系統進行分析。根據永磁直線同步電機的特點，提出一種簡易的初始位置檢測方法，并設計了檢測電路。該方法基于線性霍爾元件，基本上不增加控制系統成本，安裝簡便，效果良好。在普通的三相逆變電路的直流側添加DC/DC電力電子電路。這樣的做的好處是根據系統需求輸出直流電壓，減少諧波。由于傳統的基于前后臺工作機制的電機控制軟件存在響應不及時、不穩定等弊病，提出了基于嵌入式實時操作系統機制上編寫電機控制軟件。 最后基于樣機和控制器做了相應試驗，分析了試驗結果，并提出了存在的問題和下一步的工作展望。
上傳時間： 2013-06-20
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隨著采煤自動化技術的發展，對煤礦井下供電系統可靠性、安全性和連續性的要求越來越高的要求，因此對礦用隔爆型高壓開關智能綜合保護系統的研究具有重要的理論和應用價值。隨著微機保護的發展，一些新的保護原理和方案，受到越來越多的關注，并逐步得到實際應用。然而這些新方法在改善保護性能的同時也對微機保護裝置的計算精度、速度和尋址空間等提出了更高的要求，因而也對構成微機保護裝置的硬件平臺提出了更高的要求。針對以上問題本文提出了一種新的微機保護設計方案，設計了一種基于DSP 和單片機雙CPU 結構的微機保護系統，并應用于高壓開關裝置當中DSP 作為主CPU 芯片主要完成數據采集、數據處理和保護等功能，8051 作為從CPU 主要完成鍵盤處理、液晶顯示處理和通訊等人機對話功能。此雙核結構具有并行工作，分工明確的優點，既保證了繼電保護的速動性，選擇性、靈敏性和可靠性，又實現了實施測量的高精度。 本文首先根據礦井高壓電網的實際情況，從理論上分析了礦井高壓電網常見故障的電氣特征，并參照相關標準制定了相應的保護原理和動作指標，尤其是針對礦井供電系統中普遍采用中性點不接地的情況，采用了“基于零序功率方向型”的選擇性漏電保護原理。然后分析了交流采樣、直流采樣方法的優缺點，確定了高壓防爆開關保護系統的采樣方式。 保護系統的硬件是實現保護原理的平臺，其穩定性和可靠性直接影響到保護功能的實現。本微機保護系統是基于DSP 和單片機的雙CPU 微機線路綜合保護測控裝置，DSP 的采用大大提高了保護裝置的數據處理速度，雙CPU 結構大大提高了裝置的可靠性。另外，該裝置不僅可以完成繼電保護功能，而且緊隨當前電力系統自動化發展的需要，還可以完成測量、控制、數據通訊的功能，亦即實現保護、控制、測量、數據通訊一體化。
上傳時間： 2013-05-17
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微型燃微型燃氣輪發電機組由渦輪機、壓縮機、燃燒室、回熱器、軸承、高速發電機、電力變換系統、噴油系統等部分組成。它是一種環保型發電裝置，它可用作常規機組或緊急備用電源，也可以用于分布式發電及冷熱電聯供系統、汽車混合動力系統和微型燃機-燃料電池聯合系統等領域。因此，研究這種動力裝置具有很重要的實用意義。 本文在分析了微型燃氣輪發電機組及其控制技術發展現狀的基礎上，根據設計要求，機組控制系統應能保證機組安全穩定運行，保證機組在任何情況下，不發生超溫、超轉現象。同時應考慮機組從點火、加速、直至額定運行過程中，使機組能夠充分預熱，以降低對機組的熱沖擊，提高機組壽命。機組轉子轉速達到95％額定轉速后投入按額定轉速控制的閉環控制，保證發電機輸出電壓和電力輸出單元穩定工作。當發生一般性故障(按給定列表)且為無人職守狀態時，機組控制系統應正常停車：當機組發生一般性故障且為有人職守時，機組控制系統應發出聲光報警。當機組發生嚴重故障時機組控制系統應發出聲光報警并緊急停車。同時還應考慮設置機組調試時所需的與其它通信的數據接口。提出了微型燃氣輪發電機組控制系統的設計方案。 根據確定的方案和工程實際要求，完成了控制系統的結構、硬件和軟件的設計。以西門子S7-300PLC及相關的開關量輸入模塊、開關量輸出模塊、模擬量輸入模塊、模擬量輸出模塊作為發電機組的中心控制單元。完成了各PLC模塊硬件連接電路的設計，以及系統供電電路的設計，并完成了微型燃機發電機組的起動控制、檢測報警及停車控制的軟件設計。編程采用梯形圖語言，使程序更具可讀性。 本文采用德國西門子S7-300PLC及配套的I/0卡件作為微型燃機控制系統的主控制器；選用沈陽工業大學研制的全自動浮動式充電器作為電機的啟動直流電源；采用啟停自鎖邏輯解決了在停車后徹底切斷電瓶負載的問題。
上傳時間： 2013-04-24
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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。
上傳時間： 2013-07-23
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超聲波電機(Ultrasonic Motor簡稱USM)是八十年代發展起來的新型微電機。本文針對超聲波電機及其控制技術的研究現狀和發展趨勢,以我國研究技術相對比較成熟并有產業化前景的行波超聲波電機(Traveling-wave Ultrasonic Motor簡稱TUSM)的伺服控制技術為研究對象,以直徑60mm的行波超聲波電機TUSM60為研究實例,在特性測試、動穩態性能分析,辨識模型建立、控制策略與控制算法的選擇與實現等方面展開研究。本論具體的研究內容為： 在分析超聲波電機研究歷史和現狀的基礎上,結合國內外超聲波電機特別是行波超聲波電機控制技術的發展趨勢,重點論述了行波超聲波電機及其驅動控制技術的研究進展。 介紹行波超聲波電機的基本結構,并從該電機的主要理論基礎--壓電原理、行波合成、接觸模型出發,分析了行波超聲波電機定子質點的運動方程.并結合定轉子摩擦接觸特點,分析了行波超聲波電機的運行機理。 根據對行波超聲波電機測試和高精度控制的要求,研制出基于雙DSP和FPGA的超聲波電機高性能測試控制平臺。其中控制核心采用了雙DSP結構,可以在對行波超聲波電機進行控制的同時,將必要的參數讀取出來進行分析和研究。為行波超聲波電機瞬態特性分析以及控制策略、控制算法的深入研究打下了基礎。 對電機的瞬態、穩態特性進行的測試,可以分析驅動頻率、電壓以及相位差等調節量對電機輸出的影響。在此基礎上進一步對行波超聲波電機的調節方式、控制算法選擇方面進行分析,并得到相應結論。 通過對實驗數據的總結和歸納,利用系統辨識中的非參數方法,建立在特定頻率條件下的近似線性模型。在行波超聲波電機工作范圍內,辨識若干組不同頻率條件下的近似線性模型,將這些模型的參數進行二維或三維擬合,可以得到一個關于行波超聲波電機傳遞函數的模型。辨識模型的建立為合理的選擇和優化控制參數,控制效果的驗證等提供了行之有效的手段。 在對行波超聲波電機的速度控制、位置控制展開的研究中.首先利用遺傳算法對常規PI恒轉速控制的控制參數整定及修正方法進行了研究；利用神經元的在線自學習能力,研究和設計單神經元PID-PI轉速控制器,提高控制系統對電機非線性和時變性的適應能力；為了消除在伺服控制中,單一調節量(驅動頻率)情況下,低轉速的跳躍問題,研究和討論了多調節量分段控制方法,并利用模糊控制對控制方法的有效性進行了驗證；在位置控制中,利用轉速控制研究的結果,研究和設計了位置--速度雙環(串級)控制器,實現了電機高精度位置伺服控制。 通過對已有控制系統的改進和簡化,設計和研制了具有實用化價值行波超聲波電機控制器：并將研究成果應用于針對核磁成像設備而設計的行波超聲波電機隨動控制系統中,同時嘗試了將該控制器用于高精度X-Y兩維定位平臺。
上傳時間： 2013-07-13
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