高速電機由于轉(zhuǎn)速高、體積小、功率密度高，在渦輪發(fā)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(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。永磁無刷直流電機由于效率高、氣隙大、轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)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(nèi)外研究的熱點，其主要問題在于：（1）轉(zhuǎn)子機械強度和轉(zhuǎn)子動力學；（2）轉(zhuǎn)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(zhuǎn)子渦流損耗進行了深入分析。轉(zhuǎn)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(chǎn)生的。首先通過優(yōu)化定子結(jié)構(gòu)、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(chǎn)生的轉(zhuǎn)子渦流損耗；通過合理地增加繞組電感以及采用銅屏蔽環(huán)的方法來減小電流時間諧波引起的轉(zhuǎn)子渦流損耗。其次對轉(zhuǎn)子充磁方式和轉(zhuǎn)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(tǒng)，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(jié)構(gòu)、槽開口大小、以及氣隙長度對高速永磁無刷直流電機轉(zhuǎn)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(jié)構(gòu)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(zhuǎn)子集膚深度和渦流磁場影響的解析模型計算了轉(zhuǎn)子渦流損耗，通過有限元仿真對解析計算結(jié)果加以驗證。結(jié)果表明：3槽集中繞組結(jié)構(gòu)的電機中含有2次、4次等偶數(shù)次空間諧波分量，該諧波分量在轉(zhuǎn)子中產(chǎn)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(zhuǎn)子渦流損耗的影響，在空載和負載狀態(tài)下的研究結(jié)果均表明：隨著槽開口的增加或者氣隙長度的減小，轉(zhuǎn)子損耗隨之增加。因此從減小高速永磁無刷電機轉(zhuǎn)子渦流損耗的角度考慮，2極6槽的定子結(jié)構(gòu)優(yōu)于2極3槽結(jié)構(gòu)。 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(zhuǎn)子角速度相對轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，11次和13次時間諧波分量合成的電樞磁場以12倍轉(zhuǎn)子角速度相對轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，這些諧波分量與轉(zhuǎn)子異步，在轉(zhuǎn)子保護環(huán)、永磁體和轉(zhuǎn)軸中產(chǎn)生大量的渦流損耗，是轉(zhuǎn)子渦流損耗的主要部分。首先研究了永磁體分塊對轉(zhuǎn)子渦流損耗的影響，分析表明：永磁體的分塊數(shù)和透入深度有關(guān)，對于本文設(shè)計的高速永磁無刷直流電機，當永磁體分塊數(shù)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(zhuǎn)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(zhuǎn)子渦流損耗的影響。然后利用渦流磁場的屏蔽作用，在轉(zhuǎn)子保護環(huán)和永磁體之間增加一層電導率高的銅環(huán)。有限元分析表明：盡管銅環(huán)中會產(chǎn)生渦流損耗，但正是由于銅環(huán)良好的導電性，其產(chǎn)生的渦流磁場抵消了氣隙磁場的諧波分量，使永磁體、轉(zhuǎn)軸以及保護環(huán)中的損耗顯著下降，整體上降低了轉(zhuǎn)子渦流損耗。分析了不同的銅環(huán)厚度對轉(zhuǎn)子渦流損耗的影響，研究表明轉(zhuǎn)子各部分的渦流損耗隨著銅屏蔽環(huán)厚度的增加而減小，當銅環(huán)的厚度達到6次時間諧波的透入深度時，轉(zhuǎn)子損耗減小到最小。 三、對于給定的電機尺寸，設(shè)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(zhuǎn)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(zhuǎn)子渦流損耗。 四、研究了高速永磁無刷直流電機的電磁設(shè)計和轉(zhuǎn)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(jié)果表明：平行充磁優(yōu)于徑向充磁。設(shè)計并制作了兩種不同結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)子：單端式軸承支撐結(jié)構(gòu)和兩端式軸承支撐結(jié)構(gòu)。對兩種結(jié)構(gòu)進行了轉(zhuǎn)子動力學分析，實驗研究表明：由于轉(zhuǎn)子設(shè)計不合理，單端式軸承支撐結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速達到40，000rpm以上時，保護環(huán)和定子齒部發(fā)生了摩擦，破壞了轉(zhuǎn)子動平衡，導致電機運行失敗，而兩端式軸承支撐結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)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(tǒng)，進行了空載和負載實驗研究。對比研究了PWM電流調(diào)制和銅屏蔽環(huán)對轉(zhuǎn)子損耗的影響，研究表明：銅屏蔽環(huán)能有效的降低轉(zhuǎn)子渦流損耗，使轉(zhuǎn)子損耗減小到不加銅屏蔽環(huán)時的1/2；斬波控制會引入高頻電流諧波分量，使得轉(zhuǎn)子渦流損耗增加。通過計算繞組反電勢系數(shù)的方法，得到了不同控制方式下帶銅屏蔽環(huán)和不帶銅屏蔽環(huán)轉(zhuǎn)子永磁體溫度。采用簡化的暫態(tài)溫度場有限元模型分析了轉(zhuǎn)子溫升，有限元分析和實驗計算結(jié)果基本吻合，驗證了銅屏蔽環(huán)的有效性。
標簽： 無刷直流 電機轉(zhuǎn)子 渦流損耗
上傳時間： 2013-05-18
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電動觀光車是一種以車載蓄電池組作為動力電源、靠電機驅(qū)動車輪行駛、無污染的綠色交通工具，它的發(fā)展對于解決全球性的能源和環(huán)境問題具有非常重要的現(xiàn)實意義，是本世紀最有發(fā)展前途的綠色清潔汽車。同時，電動觀光車行駛旅程較短，起動、制動比較頻繁，這一方面需要有高功率密度的電機及其驅(qū)動系統(tǒng)，另一方面需要有較高比能量和比功率的電池管理系統(tǒng)以及能量回收功能。 本論文的主要任務(wù)是完成電動觀光車設(shè)計的核心部分——驅(qū)動電機的設(shè)計。由于直流電機控制簡單，造價低而且技術(shù)成熟，符合我國國情，因此在我國的電動車絕大多數(shù)仍然是直流驅(qū)動系統(tǒng)。本課題設(shè)計了滿足現(xiàn)代電動觀光車對電動機要求的，具有寬廣調(diào)速范圍、良好起制動性能和高效率的直流他勵牽引電機。 本文首先分析了電動車的發(fā)展和國內(nèi)外現(xiàn)狀，以及電動車的結(jié)構(gòu)和關(guān)鍵技術(shù)，重點對電動觀光車常用的牽引電機作了性能比較，并確定選型；對這種電機的基本結(jié)構(gòu)、主要技術(shù)要求和工作原理作了分析。基于以上技術(shù)要求，根據(jù)電機設(shè)計的基本原則和相關(guān)經(jīng)驗數(shù)據(jù)，完成了電機的電磁設(shè)計，得到較為理想的設(shè)計方案；由此運用AutoCAD和Pro/E軟件繪制出全套直流他勵牽引電機的機械加工圖和三維裝配圖，研制了實驗樣機。文章的最后對所設(shè)計的電機進行了仿真和實驗研究。 論文中設(shè)計出全套規(guī)范的電磁數(shù)據(jù)和機械CAD，不僅對同類電機的規(guī)范和改進具有重要意義，同時也對其它類型的牽引電機的設(shè)計具有一定的參考價值。具有廣闊的應(yīng)用前景。
上傳時間： 2013-04-24
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文章介紹了一種用單片機控制的直流PWM調(diào)速裝置實現(xiàn)小功率直流電機調(diào)速
上傳時間： 2013-04-24
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本課題提出了一套采用直流斬波技術(shù)的永磁無刷直流電機的調(diào)速控制系統(tǒng)。一方面研制了一種新穎的端電壓邏輯換相控制策略，它通過分析電機三相繞組端電壓的大小關(guān)系得出控制逆變橋開關(guān)管導通的信號。結(jié)合電機預(yù)定位起動原理，設(shè)計出的端電壓邏輯信號分析處理電路，有效克服了電機起動的困難，確保電機的順利起動，并在實驗結(jié)果中得到了論證。這種完全用硬件電路來實現(xiàn)電機的電子換相，無疑大大降低了控制系統(tǒng)的成本，具有一定的實用價值。另一方面采用直流斬波技術(shù)的無刷直流電機調(diào)速系統(tǒng)，從而大大減小了電流的脈動。本文闡述的方法不但適用于一般的三相四線制無刷直流電機，還適用于三相三線制的電機,從而擴大了其應(yīng)用的范圍。 本論文先對無位置傳感器永磁無刷直流電動機的結(jié)構(gòu)和基本原理進行了詳細的介紹；然后分別著重介紹了兩個部分的設(shè)計工作：無刷直流電機的驅(qū)動控制和采用直流斬波技術(shù)的調(diào)速系統(tǒng)；最后給出了相關(guān)的實驗結(jié)果和結(jié)論。 根據(jù)上述設(shè)計方案設(shè)計的無位置傳感器永磁無刷直流電動機調(diào)速控制系統(tǒng)，可以實現(xiàn)電機的平滑起動、無振動和失步現(xiàn)象，具有良好的調(diào)速性能。
標簽： 無位置傳感器 控制系統(tǒng) 無刷直流
上傳時間： 2013-04-24
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直流開關(guān)電源設(shè)計，軟開關(guān)電源設(shè)計,PFC電路設(shè)計
標簽： 直流開關(guān)電源 軟開關(guān)技術(shù)
上傳時間： 2013-07-21
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由于電動助力轉(zhuǎn)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(shù)的發(fā)展，電動助力轉(zhuǎn)向技術(shù)逐漸取代傳統(tǒng)的液壓助力轉(zhuǎn)向（HPS），成為轉(zhuǎn)向助力技術(shù)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(chǔ)上，對各種已有的EPS助力電機進行了總結(jié)和比較。對比結(jié)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(qū)動器組成的機電一體化產(chǎn)品，與傳統(tǒng)的直流電機一樣，具有良好的起動和調(diào)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(yīng)用。隨著電力電子技術(shù)、計算機技術(shù)的發(fā)展，其應(yīng)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(zhuǎn)矩的存在，以及由于采用120°換向工作模式造成的轉(zhuǎn)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(zhuǎn)向系統(tǒng)中的應(yīng)用，根據(jù)EPS系統(tǒng)對助力電機的要求，設(shè)計了一臺轉(zhuǎn)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(shè)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(jié)果的基礎(chǔ)上，對永磁電機中的齒槽轉(zhuǎn)矩進行了研究，并針對樣機提出了齒槽轉(zhuǎn)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(shè)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(shè)計，并進行了相關(guān)實驗，結(jié)果表明基本達到了設(shè)計的目標。 @@關(guān)鍵詞：EPS、無刷直流電機、電機設(shè)計與優(yōu)化、有限元、控制器設(shè)計
上傳時間： 2013-07-29
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選相控制開關(guān)又稱同步開關(guān)或相控開關(guān)，其實質(zhì)就是控制開關(guān)在電壓或電流的期望相位完成合閘或分閘，以主動消除開關(guān)過程所產(chǎn)生的涌流和過電壓等電磁暫態(tài)效應(yīng)，提高開關(guān)的開斷能力。本論文首先分析了提高斷路器可靠性的途徑，介紹了相控開關(guān)的研究意義及其優(yōu)點；相控開關(guān)的基本原理和分合閘操作過程，為同步開關(guān)選相控制器的設(shè)計提供了理論依據(jù)。 永磁操動機構(gòu)是近幾年正在發(fā)展的一種新型操動機構(gòu)，它利用永久磁鐵產(chǎn)生的磁力將真空斷路器保持在分合閘位置，而無需任何傳統(tǒng)機械脫扣鎖扣裝置。它機構(gòu)零部件少，結(jié)構(gòu)簡單，使斷路器動作的可靠性大大提高。二次控制回路采用電子控制模塊，動作迅速并可以實現(xiàn)精確時間控制，采用開關(guān)電源輸入范圍寬，輸入輸出用光耦隔離，功耗低，極大地提高了可靠性，使永磁機構(gòu)真空斷路器成為真正意義的免維護智能化斷路器。單線圈永磁機構(gòu)結(jié)構(gòu)簡單、體積小，在中壓領(lǐng)域得到越來越廣泛的應(yīng)用。相控真空開關(guān)采用三相獨立操動的單線圈永磁機構(gòu)，其操作電源為由大功率電力電子器件控制的儲能大容量電容器，通過多次的測試結(jié)果表明單線圈永磁機構(gòu)能很好地滿足相控開關(guān)的要求，是相控開關(guān)的理想選擇。 本文詳細介紹了以Mega16為控制核心的單線圈永磁機構(gòu)智能控制器，這種控制系統(tǒng)集保護、控制、開關(guān)量監(jiān)測等功能于一體。可實現(xiàn)對電容電壓實時顯示，具有過電流速斷保護、過電壓和欠電壓保護、閉鎖以及報警等功能。 通過相關(guān)試驗測試，表明本系統(tǒng)已經(jīng)初步達到了設(shè)計所要達到的預(yù)期效果，為以后的研究以及同步控制系統(tǒng)的完善和優(yōu)化提供了有益的經(jīng)驗和參考。
標簽： 單線圈 永磁機構(gòu) 開關(guān)控制器
上傳時間： 2013-07-02
上傳用戶：一諾88
無刷直流電機以體積小、重量輕、效率高、調(diào)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(yīng)用于家電、交通、醫(yī)療器械、數(shù)控機床及機器人等領(lǐng)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(yù)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(qū)動理論的研究不斷深入，無刷直流電機的應(yīng)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(diào)節(jié)，電流環(huán)采用傳統(tǒng)的PI調(diào)節(jié)，為后面的實驗提供了理論分析的基礎(chǔ)。 結(jié)合無刷直流電機的結(jié)構(gòu)，利用電機內(nèi)部的霍爾元件檢測轉(zhuǎn)子位置。根據(jù)模糊控制器的設(shè)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(shè)計了整流電路、逆變電路、驅(qū)動電路、調(diào)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(zhuǎn)子位置信號的讀取、PWM波的產(chǎn)生、AD采樣、速度模糊PI調(diào)節(jié)及電流調(diào)節(jié)等功能。 通過對整個控制系統(tǒng)的軟硬件聯(lián)合調(diào)試，進行了相關(guān)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(yīng)速度快、超調(diào)量小、穩(wěn)定性好等優(yōu)點。實驗結(jié)果表明了無刷直流電機模糊控制系統(tǒng)設(shè)計的正確性。最后對整個設(shè)計進行了總結(jié)，對后續(xù)的工作給出了自己的見解。
上傳時間： 2013-04-24
上傳用戶：R50974
多電平逆變器中每個功率器件承受的電壓相對較低，因此可以用低耐壓功率器件實現(xiàn)高壓大容量逆變器，且采用多電平變換技術(shù)可以顯著提高逆變器輸出電壓的質(zhì)量指標。因此，隨著功率器件的不斷發(fā)展，采用多電平變換技術(shù)將成為實現(xiàn)高壓大容量逆變器的重要途徑和方法。本文選取其中一種極具優(yōu)勢的多電平拓撲結(jié)構(gòu)一級聯(lián)多電平變頻器作為研究對象，完成了其拓撲結(jié)構(gòu)、控制策略及測控系統(tǒng)的設(shè)計。 @@ 首先，對多電平變頻器的研究意義，國內(nèi)外現(xiàn)狀進行了分析，比較了三種成熟拓撲結(jié)構(gòu)的特點，得出了級聯(lián)型多電平變頻器的優(yōu)點，從而將其作為研究對象。對比分析了四種調(diào)制策略，確定載波移相二重化的調(diào)制方法和恒壓頻比的控制策略，進行數(shù)學分析和理論仿真，得出了選擇的正確性及可行性。并指出了級聯(lián)單元個數(shù)與載波移相角的關(guān)系和調(diào)制比對輸出電壓的影響；完成了級聯(lián)變頻器數(shù)學模型的建立和死區(qū)效應(yīng)的分析。 @@ 其次，完成了相關(guān)硬件的設(shè)計，包括DSP、CPLD、IPM的選型，系統(tǒng)電源的設(shè)計、檢測(轉(zhuǎn)速、電流、電壓、故障)電路的設(shè)計、通信電路的設(shè)計等。用Labwindows/CVI實現(xiàn)了上位機界面的編寫，實現(xiàn)了開關(guān)機、設(shè)定轉(zhuǎn)速、通信配置、電壓電流轉(zhuǎn)速檢測、電流軟件濾波、諧波分析。編寫了下位機DSP的串口通信、AD轉(zhuǎn)換、轉(zhuǎn)速檢測(QEP)以及部分控制程序。 @@ 最后，在實驗臺上完成硬件和軟件的調(diào)試，成功的實現(xiàn)了變頻器載波移相SPWM的多電平輸出，并驅(qū)動異步電機進行了空載變頻試驗，測控界面能準確的與下位機進行通信，快捷的給定各種控制命令，并能實時的顯示變頻器的輸出頻率、輸出電壓和輸出電流，為實驗調(diào)試增加了方便性，提高了工作效率。 @@關(guān)鍵詞：級聯(lián)多電平逆變器；載波移相；IPM；DSP；Labwindows/CVI；測控界面
標簽： 級聯(lián) 電平變頻器 測控系統(tǒng)
上傳時間： 2013-04-24
上傳用戶：米卡
本文簡要介紹了無刷直流電動機的發(fā)展歷程和未來的發(fā)展趨勢。通過分析無刷直流電動機工作的基本原理和無刷直流電動機的數(shù)學模型，建立了基于Simulink的動態(tài)仿真模型。通過對無位置傳感器無刷直流電動機轉(zhuǎn)子位置檢測算法的分析和磁鏈與轉(zhuǎn)子位置的相應(yīng)關(guān)系的分析，本文使用磁鏈關(guān)系函數(shù)判斷轉(zhuǎn)子位置的算法，并基于Simulink建立了算法模型進行仿真分析驗證，從仿真得到的結(jié)果可知，此位置檢測算法是可行的。 @@ 在文中進行了轉(zhuǎn)矩脈動原因分析，并對換相轉(zhuǎn)矩脈動進行補償。在低速時采用電流滯環(huán)進行補償，高速時采用單斬波調(diào)制方式進行補償。通過對三段式啟動方法的分析和結(jié)合本文所采用的轉(zhuǎn)子位置檢測算法，本文采用兩步啟動方式，通過仿真分析證明是可行的。分析了經(jīng)典PID調(diào)節(jié)算法和專家PID調(diào)節(jié)算法。對傳統(tǒng)PID控制中出現(xiàn)的問題，本文把變參數(shù)PID調(diào)節(jié)算法應(yīng)用到無位置傳感器無刷直流電動機控制上。并建立了仿真模型，進行仿真分析。從仿真分析的結(jié)果可知其控制性能優(yōu)于傳統(tǒng)的PID調(diào)節(jié)算法。 @@ 文中介紹了TMS320LF2407A芯片和IR2130功率集成驅(qū)動器的結(jié)構(gòu)和特點。在系統(tǒng)硬件設(shè)計中以TMS320LF2407A芯片為核心，設(shè)計了控制系統(tǒng)電路、功率驅(qū)動電路、電流電壓檢測電路、功率管過電壓保護電路、啟動限流電路、轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)電路。 @@ 在系統(tǒng)軟件設(shè)計中，主要實現(xiàn)了電機的起停、轉(zhuǎn)子位置計算、轉(zhuǎn)速計算和轉(zhuǎn)速閉環(huán)控制的功能。用DSP實現(xiàn)脈沖調(diào)制輸出和信號采樣。 @@關(guān)鍵詞：無位置傳感器；無刷直流電動機；間接位置檢測；磁鏈關(guān)系函數(shù)
標簽： DSP 無位置傳感器 控制系統(tǒng)設(shè)計
上傳時間： 2013-04-24
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