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域下設計控制器，然后將其離散化為數字控制器，并對連續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，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達到了良好的控制效果。 @@關鍵字：矢量控制、磁鏈調節器、速度調節器
上傳時間： 2013-06-17
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繞組勵磁同步電機具有功率因數可調、效率高等優點，在工業大功率場合獲得了廣泛應用，因此研究和開發高性能的繞組勵磁同步電機驅動系統具有重大的經濟價值和社會效益。目前開發高性能繞組勵磁同步電機驅動系統所采用的控制方案主要有兩種：一種是直接轉矩控制（DTFC）；另一種是磁場定向矢量控制（FOC）。繞組勵磁同步電機的矢量控制策略具有控制結構簡單，物理概念清晰，電流、轉矩波動小，轉速響應迅速，易實現數字控制等優點。因此，在交流傳動領域中，越來越受到學者的關注。但是，無論在國內還是國外，交直交型繞組勵磁同步電機矢量控制系統的研究還缺乏全面深入的理論研究，還沒有建造起矢量控制系統的理論體系構架。本文對繞組勵磁同步電機矢量控制系統進行了初步的理論探討，并進行了詳細的實踐研究，為以后更深入、廣泛地研究此系統，打好堅實的基礎。本論文主要研究內容如下： @@ 通過廣泛的查找文獻，對幾種常見的同步電機傳動系統進行了綜述，分析了同步電機變頻調速原理，在此基礎上，講述了無傳感器技術在同步電機中的應用現狀。無傳感器技術主要有兩大類：基于基波量的檢測方法和基于外加信號的激勵法。隨后，對轉子初始位置的估計進行了綜述，其方法有：基于電機定子鐵芯飽和效應的轉子位置估計，高頻信號注入法，基于定子繞組感應電壓的估計法和基于相電感計算法等。繞組勵磁同步電機轉子初始位置估計的研究還很少。 @@ 對繞組勵磁同步電機矢量控制的理論進行了全面深入地研究，建立起矢量控制的理論體系構架。 @@ 首先，基于磁勢等效原理，將三相靜止交流信號等效變換為兩相旋轉直流信號，將交流電機等效為直流電機進行控制。在Clarke變換和Park變換的基礎上，得到凸極同步電機轉子磁場定向的電壓矩陣方程、功率方程和運動方程。根據上述方程，繪出dq軸的等值電路及矢量圖，得到狀態空間描述的dq軸數學模型。 @@ 其次，根據模型參考自適應原理，對同步電機轉速進行估計。忽略同步電機d軸阻尼繞組的作用，取同步轉速為零，得到同步電機αβ靜止坐標系下 的數學模型。將不含有轉子轉速信息的方程作為參考模型，將含有轉速參數的方程作為可調模型，根據波波夫超穩定性和正性原理，對轉子轉速進行估計。@@ 最后，根據模型參考自適應估計的轉子轉速，設計磁通觀測器來估計轉子磁通，實現磁通反饋閉環控制。磁通觀測器采用降維觀測器，僅對轉子磁通分量進行重構，并通過極點配置算法，合理配置觀測器的極點，使觀測器滿足系統的性能指標，達到磁通觀測的目的。 @@ 新穎的空間矢量脈寬調制算法。從空間矢量的基本概念入手，深入分析了定子三相對稱電壓與空間電壓矢量之間的關系。由三相電壓源型逆變器輸出電壓波形得到六個有效開關狀態矢量，這六個開關矢量和兩個零矢量合成一組等幅不同相的電壓空間矢量，去逼近圓形旋轉磁場。其次，根據空間電壓矢量所在的扇區，選擇相鄰有效開關矢量，在伏秒平衡的法則下，計算各有效開關矢量的作用時間。并且，探討了扇區判斷和扇區過渡問題，定性分析了空間矢量脈寬調制（SVPWM）的性能。最后，根據每個扇區中開關矢量作用時間，采用軟件構造法，在TMS320LF2407A硬件上實現了SVPWM。實驗結果表明，該算法簡單易實現，能夠有效的提高直流母線的電壓利用率，具有在低頻運行穩定，逆變器輸出電流正弦度好等優點。 @@ 空間矢量過調制算法的研究。在上述線性調制的基礎上，提出一種基于電壓空間矢量的過調制方法。過調制區域根據調制度分成兩種不同的模式，分別為模式Ⅰ（0．907
上傳時間： 2013-07-25
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隨著家用空調的普及應用，空調已日漸成為耗能大戶。我國經濟建設多年來高速發展，正面臨能源日益緊張的問題，由于空調節能尚有空間，因此人們普遍關注空調節能技術。在家用空調的各種節能技術中，直流壓縮機變頻驅動是發展的主流方向。從驅動方式上看，直流壓縮機可以采用方波控制或矢量控制。與方波控制相比，矢量控制的空調直流壓縮機具有噪聲低、振動小、效率高等特點，更加符合節能和環保的發展方向。 本文主要研究了適用于空調壓縮機負載的無轉子位置傳感器永磁同步電機矢量控制方法。首先從電機的基本方程入手，詳細推導了永磁同步電機矢量控制的數學模型。詳細分析了各種電流控制策略特點，提出了采用適合直流壓縮機驅動的MTPA控制方式。 其次提出了具有凸極效應的壓縮機永磁同步電機的一種簡化模型，得到了適用于IPMSM的滑模觀測器，解決了IPMSM在αβ坐標系中應用滑模觀測器困難的問題。針對壓縮機運行特點，采用全維狀態觀測器方法，實現IPMSM反電動勢的觀測，根據反電動勢計算出電機轉子位置和轉速，實現了無傳感器矢量控制。本文詳細分析了全維狀態觀測器的極點配置方法，通過將四個極點配置在相同位置，簡輕了計算量，也便于實現。 第三，由于反電動勢估算法在電機低轉速下不能正確估算轉子位置，無法正常閉環起動，本文提出了一種簡單的用于直流壓縮機的起動方法，實現了壓縮機的可靠起動。同時在深入分析電機等效模型的基礎上，給出了一種簡單的電機參數測量方法，通過簡單測量和計算，得到系統實現無傳感器永磁同步電機矢量控制所需的電感、電阻及反電動勢系數等關鍵參數。 最后通過MATLAB/Simulimk7.1仿真軟件對基于滑模觀測器和基于全維觀測器的永磁同步電機矢量控制方法進行了仿真驗證，設計了以TMS320F2403數字信號處理器為控制核心的直流壓縮機矢量控制實驗平臺，并進行了大量的實驗驗證。仿真及實驗結果證明了本文理論分析和所提方法的正確性，并已應用于實際的直流壓縮機矢量控制系統。
上傳時間： 2013-06-13
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PWM(脈沖寬度調制)是一種利用數字信號來控制模擬電路的控制技術，廣泛應用于電源、電機、伺服系統、通信系統、電子控制器、功率控制等電力電子設備。PWM技術在逆變電路中的應用最為廣泛，也是變頻技術的核心，同時在機床，液壓位置控制系統等機械裝置中也發揮著重要的作用。PWM技術已經成為控制領域的一個熱點，因此研究PWM發生器對于基礎理論的發展和技術的改進都有十分重要的意義。 論文研究的主要內容是用任意波形作為調制信號通過特定的方法來產生所需要的PWM波形，任意波形的合成和PWM波形的生成是兩個主要任務。任意波形的合成是課題設計的一個難點，也是影響系統性能的關鍵因素之一。論文中波形合成采用直接數字頻率合成(DDS)技術來實現。DDS技術以相位為地址，通過查找離散幅度數據進行波形合成，具有輸出波形相位變化連續、分辨率高、頻率轉換速率快的優點，而且通過設置控制字可靈活方便地改變輸出頻率，是目前波形合成的主流方法。 實現PWM發生器的設計方法有多種。在綜合比較了單片機、DSP、ARM等常用開發工具特點的基礎上，本文提出了一種以可編程邏輯器件(PLD)為主體，單片機輔助配合的設計方法。隨著計算機技術和微電了技術的迅速發展，可編程邏輯器件的集成度和容量越來越大，基于PLD的設計方法正逐步成為一種主流于段，是近些年來電子系統設計的一個熱點。整個系統分為模擬波形產生、單片機控制電路、FPGA內部功能模塊三大部分。FPGA部分的設計是以Altera公司的Quartus Ⅱ軟件為開發平臺，采用VHDL語言為主要輸入手段來完成內部各功能模塊的設計輸入、編譯、仿真等調試工作，目標載體選用性價比比較高的Altera公司的CycloneⅡ系列的器件；單片機控制電路主要負責控制字的設置和顯示，波形數據的接受與發送；用MATLAB軟件完成仟意波形的繪制和模擬任務。 論文共分五章，詳細介紹了課題的背景、PWM發生器的發展和應用以及選題的目的和意義等，論述了系統設計方案的可行性，對外圍電路和FPAG內部功能模塊的設計方法進行了具體說明，并對仿真結果、系統的性能、存在的問題和改進方法等進行了分析和闡述。整個設計滿足PWM發生器的任務和功能要求，設計方法可行。
上傳時間： 2013-04-24
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目前，大多數嵌入式自動化系統都以MCU為核心，與監測、伺服、顯示等儀器、設備配合實現一定的功能。現場信息往往止步于“現場”，嵌入式自動化系統從而成為了“信息孤島”，因而制約了其本身的發展。要實現大規模的信息集成、綜合實施自動化，就需要一種能在工業現場環境下運行、可靠性高且實時性好的通信系統，形成工業現場的底層網絡，完成現場自動化設備之間的多點通信。 Ethernet（以太網）和CAN-bus（控制器局域網）分別是目前全球應用最為廣泛的國際互聯技術和開放式現場總線。隨著測控技術與網絡技術日益緊密的結合，測控系統接入互聯網已經成為大勢所趨，這也促成了近年來嵌入式網絡技術的飛速發展。以太網技術正在迅猛發展，將其應用到工控領域，可以達到降低成本，簡化結構等成效。隨著技術的發展以及實際的需要，將兩者結合無疑會為控制領域的飛速發展帶來巨大的原動力。本文設計了一種以ARM7處理器為核心的高性能嵌入式CAN-Ethernet網關，可以用來實現監控設備和現場設備之間穩固、簡潔的互連通信，完成對大規模現場設備的實時測控。 本文具體的研究內容如下： 1）以LPC2290為主控MCU的CAN-Ethernet互連系統的設計思想以及整體結構設計； 2）CAN-Ethernet互連系統轉換電路及外圍接口電路設計，MCS-51單片機與MCP2510實現CAN總線通信； 3）μC/OS-Ⅱ操作系統在LPC2290上的移植以及互連系統應用軟件設計實現與探討； 4）CAN-Ethernet互連系統核心交換模塊的設計； 5）使用HTTP協議實現Web服務的功能，并通過Web頁面實現對現場設備的遠程測控。
上傳時間： 2013-08-06
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交流電動機是一個多變量、高階、強耦合的非線性系統，不象直流電機那樣易于控制轉矩，采用矢量控制技術可解決傳統交流調速的難題，使交流電機可以按直流電機的控制規律來進行控制，而無傳感器矢量控制技術由于可以省去速度傳感器，使相應的交流調速系統變得簡便、廉價和可靠，所以成為當前研究的熱點，本論文工作就是這方面的一個嘗試。 論文首先介紹了矢量控制技術的基本理論。對感應電動機在三相靜止坐標系下強耦合和互感變參數的數學模型，通過坐標變換，導出感應電機在兩相同步旋轉坐標系下的數學模型，然后將同步坐標系按轉子磁場定向，實現了對轉子磁鏈和轉矩的分別控制，從而可以按直流電機的控制規律來控制交流電機。 其次，論文基于同步軸系下的感應電動機電壓磁鏈方程式，提出了一種感應電動機按轉子磁場定向的矢量控制方法，利用在同步軸系中T軸電流的誤差信號實現對電機速度的估算，這種速度估算方法結構簡單，有一定的自適應能力。同時在該無傳感器矢量控制系統中，由于采用了經典的PI調節器，使得控制系統更為簡單易行。 論文利用MATLAB建立了該無傳感器矢量控制系統的仿真模型。為提高系統的適應性和仿真結果的準確性，仿真模型采用了標么值系統，并考慮了控制周期和采樣信號周期對仿真結果的影響。討論了離散控制引起的相位補償問題，使仿真結果更接近實際工程系統。 最后，通過仿真進一步驗證了本文提出的無傳感器矢量控制系統的正確性和可行性，也證明了速度估計模型對速度估計準確，且對參數的變化有較強的魯棒性。
上傳時間： 2013-06-02
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為了解決當前PVC軟標生產技術落后、效率低、質量不穩定、能耗高、工作環境差等問題，本文提出研制集注標、烘烤、冷卻的數控PVC軟標機方案。 數控PVC軟標機控制系統采用“ARM9+RT-Linux”開發模式，將數控技術與嵌入式系統應用有機結合起來，一方面發揮ARM9微處理器高性能、低功耗的特點，使PVC軟標機數控系統有較強的數據處理和運動控制能力；另一方面利用實時操作系統RT-Linux的開放性、強大的功能，簡化了數控系統軟件的開發，縮短了應用系統開發周期。 本文研究的主要內容是基于嵌入式的PVC軟標機數控系統硬件設計和軟件開發。首先詳細介紹了系統各功能模塊的硬件電路設計，包括嵌入式最小系統搭建、伺服驅動器接口電路設計、電磁閥接口電路設計、人機交互模塊設計、通信模塊設計、開關量模塊設計等方面內容；然后，基于RT-Linux的嵌入式系統軟件實現機理的理論指導下，提出了系統軟件的架構，在此基礎上詳細闡述了軟件實現過程：通過對PVC軟標機數控系統功能需求及多任務間數據依賴關系的分析，同時結合RT-Linux平臺上實時應用軟件的結構特點，本文在邏輯架構上對控制系統的實時任務和非實時任務進行了劃分，并設計了模塊間數據緩沖機制；在時序架構上提出了系統的多任務運行時機分配以及各任務之間正確合理的時序關系，以保證實時任務的實時性和非實時任務能夠得到適當運行；在應用軟件架構上利用RT-Linux多線程編程技術實現了系統軟件的基本功能。最后，針對本系統插補所需的精度和系統實時性要求，利用數據采用直線插補算法實現了系統的插補功能。 目前，PVC軟標機數控系統的基本功能已經實現，系統能夠在實驗平臺上穩定運行，基本達到預期目標。關鍵字：PVC軟標；數控系統；插補；RT-Linux；ARM9
上傳時間： 2013-04-24
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隨著我國加入WTO，我國逐漸成為世界縫制設備生產和銷售中心。在縫制設備行業占據極其重要地位的繡花機行業也因此而得到迅速發展，我國繡花機產量已占據全球繡花機產量的70％。但是，我國的繡花機行業在發展的過程中仍存在和面臨著很多問題。一方面是產品結構和產品質量，我國的繡花機主要以中低檔為主，在噪聲、刺繡質量、效率、產品壽命以及維護性等方面與國外先進機型存在較大差距；另一方面是技術實力和創新能力，作為繡花機全部技術核心的控制器，國內能開發的公司屈指可數，缺乏有效的競爭，且技術實力和創新能力無法與國際企業相抗衡。 針對上述情況，本文分析了繡花機的工作原理和當前主流繡花機的控制方式及特點，在研究室已完成的中低速平繡型工業繡花機課題的基礎上，設計了一種基于硬實時嵌入式操作系統WinCE5.0，以32位RISC架構ARM9處理器S3C2440A為主控芯片，以MAXII系列CPLDEPM1270為接口芯片的高速繡花機控制器。整個繡花機以高速，高質量為目標，以伺服電機作為主軸驅動，步進電機作為X/Y軸驅動，帶USB接口和Ethernet接口，預留特種繡接口，帶高分辨率彩色觸摸屏，功能豐富，操作方便。 本文分7章，第一章闡述了課題背景，繡花機發展現狀和關鍵技術；第二章從原理出發完成了需求分析，硬件和操作系統選型和項目規劃；第三章完成了總體硬件系統設計并重點介紹了驅動系統，CPLD單元，主控制板的設計和各種資源的分配；第四章在分析WinCE及其項目開發流程和環境構建的基礎上，完成了軟件的總體框架設計并介紹了相關設計要點。第五章主要是驅動程序和運動控制模塊并以步進電機驅動的開發為例介紹了流驅動的開發過程和相關的技術要點。第六章設計了一種自主的內部花樣格式并完成了相應的測試。最后一章是對本課題的總結和展望。 本文不僅從項目研究與開發和軟件工程的高度詳細探討了基丁ARM和WinCE5.0的繡花機控制器的整個開發過程，也具體的從硬件設計，資源配置，軟件編寫，驅動開發，運動控制和花樣處理等多個方面進行了深入的分析和研究。本課題的工作對于高速高檔繡花機的開發具有很好的參考價值和實踐意義，對于提升國內繡花機行業在高端市場與國外企業的競爭力，提升民族品牌價值，改變國內繡花機控制器被少數公司所壟斷，增加良性有效競爭有積極影響。
上傳時間： 2013-06-29
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近年來，伴隨著PC及微處理器的迅速發展、軟件資源的豐富，嵌入式系統成為研究與應用的熱點。嵌入式系統是一種面向具體應用的將底層硬件、實時操作系統和應用軟件相結合的專用計算機系統。其廣泛應用于控制領域、消費電子產品等行業，己成為現代電子領域的重要研究方向之一。 本文結合課題實際需要與當前的控制器發展趨勢，構建和開發基于ARM和μC/OS-Ⅱ實時操作系統的嵌入式通用控制器應用平臺.在分析ARM內核處理器的基礎上，自主開發以PHILIPS公司LPC2880芯片為核心的嵌入式通用控制器的硬件平臺。根據嵌入式控制器的實際應用要求設計了相應的應用模塊，主要包括：串口模塊、存儲器擴展模塊、液晶顯示和鍵盤模塊等。并完成了各個功能模塊的接口函數，創建了應用函數庫，為后面的代碼應用和移植提供了方便。在對電機驅動控制原理的學習掌握基礎上，開發出基于L297/L298芯片的步進電機驅動器及基于LMD18200芯片的伺服電機驅動器。為實現控制器與PC機的通訊，確定了USB2.0通訊接口作為主要通訊方式，詳細分析了通用串行總線的軟硬件特點，根據LPC2880芯片特點實現嵌入式USB主機模式的通訊方式，并給出了它和主控制器的連線原理圖以及USB主機的系統軟件框架。 嵌入式實時操作系統是嵌入式系統應用軟件開發的支撐平臺，通過對現在常用的幾種嵌入式操作系統的綜合比較，選擇μC/OS-Ⅱ作為本系統的RTOS。詳細分析了μC/OS-Ⅱ內核工作原理，改進了中斷和時鐘處理的不足。成功的將μC/OS-Ⅱ系統移植到ARM微處理器中，并通過相應的開發工具，對移植系統進行模擬調試和功能測試。結果表明，設計的嵌入式通用控制器平臺基本達到預期目標.
上傳時間： 2013-04-24
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隨著現代控制理論在機電技術領域的不斷發展，多電動機協調控制技術在機電控制系統中得到廣泛的應用，給嵌入式系統的數控應用提供了巨大機遇。傳統的伺服運動控制很難在處理大數據量、復雜算法時保證系統的靈活性和實時性。嵌入式系統是近年來發展起來的以應用為中心并且軟硬件可裁剪的實時系統，它的特點是高度自動化，響應速度快等，非常適合于要求實時的和多任務的場合。 本文以嵌入式數控系統為項目背景，研究設計了一種基于ARM和FPGA的嵌入式數控系統的方案。設計中，通過QuartusⅡ、ModelSim和Protel 99等電子設計自動化開發工具完成了一個高性能嵌入式軟硬件系統的設計及仿真驗證；采用了實用小巧的嵌入式實時操作系統μC／OS-Ⅱ，為應用系統的實時性提供了保證。該嵌入式數控系統滿足了用戶對應用系統實時性和快速處理的要求，具有較廣泛的應用前景。 通過本課題實踐表明，基于ARM和FPGA構建嵌入式數控系統的應用方案完全可行、合理，同傳統的人機交互系統設計相比，能大量地減輕研發任務，提高研發速度，能夠在短時間內得到控制性能優秀的數控系統。而μC／OS-Ⅱ實時操作系統的加入，使得系統很好地進行多任務處理，并保證了系統的實時性。
上傳時間： 2013-07-22
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