本文首先介紹無(wú)刷直流電機(jī)原理及其常用的控制方法。在建立了無(wú)刷直流電機(jī)數(shù)學(xué)模型的基礎(chǔ)上，構(gòu)建了MATLAB環(huán)境下控制系統(tǒng)的仿真模型，并對(duì)各個(gè)仿真模塊進(jìn)行了分析。設(shè)計(jì)了無(wú)刷直流電機(jī)控制系統(tǒng)的硬件電路。該控制系統(tǒng)以Motorola公司的MC68HC908JL3單片機(jī)為核心，功率變換電路采用三菱公司IPMPS21246-E模塊。介紹了電路的各個(gè)組成部分，給出了控制系統(tǒng)中采用的軟硬件抗干擾措施。針對(duì)雙閉環(huán)無(wú)刷直流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)，深入研究了基于串級(jí)PI控制的控制策略，給出了參數(shù)選擇方法，并進(jìn)行了仿真分析。根據(jù)所設(shè)計(jì)的硬件電路及采用的控制策略，編制了相應(yīng)的控制系統(tǒng)軟件。系統(tǒng)軟件由物理層和應(yīng)用層組成。物理層的程序模塊是基本的硬件功能實(shí)現(xiàn)模塊，包括啟動(dòng)按鍵讀入模塊、ADC模塊、故障顯示模塊、中斷模塊。應(yīng)用層程序調(diào)用物理層程序模塊，通過(guò)一定的算法邏輯，實(shí)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)軟件的功能。最后對(duì)無(wú)刷直流電機(jī)控制系統(tǒng)進(jìn)行了調(diào)試。給出了系統(tǒng)運(yùn)行中的電壓、速度和電流等信號(hào)的實(shí)測(cè)波形，并進(jìn)行了分析。調(diào)試結(jié)果表明，該系統(tǒng)穩(wěn)定可靠，具有良好的調(diào)速性能，達(dá)到預(yù)期的效果。
標(biāo)簽： 無(wú)刷直流電機(jī) 控制研究 調(diào)速
上傳時(shí)間： 2013-07-11
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v無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、可靠性高、維護(hù)方便、運(yùn)行效率高和調(diào)速性能好等優(yōu)點(diǎn)，隨著微處理器技術(shù)、電力電子技術(shù)、控制理論，以及低成本、高磁能積永磁材料的發(fā)展，得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)采用無(wú)位置傳感器控制，電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)更加簡(jiǎn)單，應(yīng)用范圍擴(kuò)大，相對(duì)于有位置傳感器控制優(yōu)勢(shì)明顯。本論文圍繞無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)的無(wú)位置傳感器控制進(jìn)行較為系統(tǒng)和深入的研究。 首先，論文從基本電磁定律出發(fā)，在分析無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)和工作原理的基礎(chǔ)上，建立了無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)的數(shù)學(xué)模型，為分析無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)無(wú)位置傳感器控制奠定基礎(chǔ)。 其次，根據(jù)無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)反電勢(shì)過(guò)零檢測(cè)原理，對(duì)反電勢(shì)過(guò)零檢測(cè)法的各種實(shí)現(xiàn)方法進(jìn)行研究，比較各種實(shí)現(xiàn)方法的優(yōu)缺點(diǎn)，指出它們的適用范圍。在此基礎(chǔ)上，給出帶通濾波法及其簡(jiǎn)化電路形式，提出使用帶通濾波器獲取反電勢(shì)三次諧波的方法。論文將直流電源負(fù)端電壓作為帶通濾波法和帶通濾波三次諧波法的參考電平。 論文對(duì)無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)無(wú)位置傳感器控制中的關(guān)鍵問(wèn)題-起動(dòng)方法進(jìn)行研究，在詳細(xì)分析“三段式”起動(dòng)方法的實(shí)現(xiàn)過(guò)程的基礎(chǔ)上，給出了從外同步到自同步平穩(wěn)切換的條件。論文在研究無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)無(wú)位置傳感器控制換相方法的基礎(chǔ)上，提出了一種新的換相方法，提高了電動(dòng)機(jī)運(yùn)行平穩(wěn)性和系統(tǒng)穩(wěn)定性。在帶通濾波三次諧波法中使用該換相方法，無(wú)需對(duì)三次諧波積分即可得到換相時(shí)刻。 濾波器是反電勢(shì)法中反電勢(shì)過(guò)零檢測(cè)電路的重要組成部分。論文在分析無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)端電壓信號(hào)特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，給出濾波電路的技術(shù)要求，根據(jù)濾波器基本設(shè)計(jì)原理，分別對(duì)一階RC無(wú)源帶通濾波器和二階RC有源低通濾波器進(jìn)行電路設(shè)計(jì)和參數(shù)計(jì)算，并通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證理論分析和仿真結(jié)果。這些為通過(guò)檢測(cè)反電勢(shì)過(guò)零點(diǎn)獲得可靠的換相信號(hào)創(chuàng)造了條件。 論文還分析了無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)無(wú)位置傳感器控制中產(chǎn)生轉(zhuǎn)子位置檢測(cè)誤差的原因，提出了相應(yīng)的校正方法。通過(guò)分析無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)的換相過(guò)程，建立了換相狀態(tài)的等效電路和數(shù)學(xué)模型，研究了轉(zhuǎn)子位置誤差引起的電動(dòng)機(jī)超前、滯后換相現(xiàn)象，及其由此產(chǎn)生的非導(dǎo)通相環(huán)流，在理論分析的基礎(chǔ)上，進(jìn)行了仿真計(jì)算，并與實(shí)驗(yàn)結(jié)果對(duì)照分析。 功率器件的功率損耗分析在逆變器設(shè)計(jì)和提高控制系統(tǒng)的可靠性方面具有重要作用。論文構(gòu)建了由IGBT組成的簡(jiǎn)化逆變器模型，并進(jìn)行仿真研究。針對(duì)不同的開關(guān)頻率和柵極電阻，定量計(jì)算了IGBT開關(guān)過(guò)程中各階段的功率損耗，給出了變化規(guī)律，對(duì)逆變器的設(shè)計(jì)具有重要的指導(dǎo)意義。最后，論文研制了基于反電勢(shì)過(guò)零檢測(cè)法的無(wú)位置傳感器無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)，控制系統(tǒng)由硬件和控制軟件兩部分組成。硬件部分包括主電源整流濾波電路、控制電源電路、反電勢(shì)過(guò)零檢測(cè)電路、驅(qū)動(dòng)和逆變電路以及保護(hù)電路等，控制軟件包括電動(dòng)機(jī)起動(dòng)模塊(包括定位、加速、切換)、電動(dòng)機(jī)運(yùn)行控制模塊(包括過(guò)零檢測(cè)及校正、換相)和各保護(hù)功能模塊。對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行了調(diào)試，并對(duì)論文中所分析和提出的各種方法進(jìn)行了相關(guān)的實(shí)驗(yàn)研究，給出了實(shí)驗(yàn)結(jié)果。
標(biāo)簽： 無(wú)位置傳感器 控制 無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)
上傳時(shí)間： 2013-06-06
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隨著世界范圍內(nèi)的能源危機(jī)越來(lái)越嚴(yán)重，每個(gè)國(guó)家都投入了極大的熱情開發(fā)新型節(jié)能型產(chǎn)品，而且整個(gè)社會(huì)的節(jié)能意識(shí)越來(lái)越高。我國(guó)2005年廣東發(fā)生的油荒現(xiàn)象已經(jīng)造成了局部能源恐慌，所以節(jié)能問(wèn)題受整個(gè)社會(huì)關(guān)注的程度越來(lái)越高。 我國(guó)傳統(tǒng)螺桿泵采油系統(tǒng)的地面驅(qū)動(dòng)部分采用異步電機(jī)加變速箱，長(zhǎng)期以來(lái)存在“大馬拉小車”現(xiàn)象，系統(tǒng)效率和經(jīng)濟(jì)效益低下，耗能非常嚴(yán)重。 永磁無(wú)刷直流電機(jī)在進(jìn)入21世紀(jì)后，以其較高的效率和優(yōu)異的控制性能保持較高的發(fā)展勢(shì)頭，已廣泛用于社會(huì)生活的方方面面，如比家電行業(yè)，汽車行業(yè)和工業(yè)控制等等。 本文基于ST7MC設(shè)計(jì)了應(yīng)用于油田螺桿泵的永磁無(wú)刷直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。通過(guò)大量的資料和文獻(xiàn)閱讀，首先從無(wú)刷直流電機(jī)的結(jié)構(gòu)和原理開始介紹，在建立無(wú)刷直流電機(jī)的數(shù)學(xué)模型基礎(chǔ)上，對(duì)整個(gè)控制系統(tǒng)的硬件和軟件結(jié)構(gòu)進(jìn)行了詳細(xì)說(shuō)明，給出了正弦波控制策略的頻率和相角估算方法。 基于本控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案完成的6.5KW無(wú)刷直流電機(jī)控制系統(tǒng)已經(jīng)成功在油田上試運(yùn)行，通過(guò)大量的負(fù)載試驗(yàn)和井上運(yùn)行試驗(yàn)驗(yàn)證了該系統(tǒng)達(dá)到了較高的系統(tǒng)的效率和經(jīng)濟(jì)效益。并取得了預(yù)期的節(jié)能效果。
標(biāo)簽： ST7MC 螺桿泵 無(wú)刷直流電機(jī)
上傳時(shí)間： 2013-04-24
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無(wú)刷直流電機(jī)是隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展和新型永磁材料的出現(xiàn)而迅速成熟起來(lái)的一種新型機(jī)電一體化電機(jī).隨著無(wú)刷直流電機(jī)在各個(gè)領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用,其常用的帶位置傳感器控制方法顯露出了越來(lái)越多的局限性,而無(wú)位置傳感器控制方法,特別是"反電勢(shì)法"無(wú)位置傳感器控制方法則漸漸受到了人們的青睞.論文在詳細(xì)介紹了"反電勢(shì)法"無(wú)位置傳感器無(wú)刷直流電機(jī)控制原理的基礎(chǔ)上,對(duì)"反電勢(shì)法"無(wú)位置傳感器無(wú)刷直流電機(jī)控制系統(tǒng)的核心部分——反電勢(shì)過(guò)零檢測(cè)電路的設(shè)計(jì)進(jìn)行了詳細(xì)的分析和研究,給出了設(shè)計(jì)中幾個(gè)關(guān)鍵之所在.另外,論文以變頻空調(diào)壓縮機(jī)用無(wú)刷直流電機(jī)為樣機(jī),設(shè)計(jì)了一套基于"反電勢(shì)法"的無(wú)位置傳感器無(wú)刷直流電機(jī)控制系統(tǒng),該控制系統(tǒng)以Motorola公司的MC68HC908MR32單片機(jī)為核心.文中介紹了系統(tǒng)的各個(gè)組成部分,給出了相應(yīng)的抗干擾措施."三段式"起動(dòng)技術(shù)是"反電勢(shì)法"控制中常用的起動(dòng)方法,也是"反電勢(shì)法"控制中的一個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié).文中對(duì)"三段式"起動(dòng)技術(shù)中轉(zhuǎn)子定位、外同步加速和外同步到自同步的切換進(jìn)行了詳細(xì)的分析和討論,指出了各部分的難點(diǎn),給出了相應(yīng)的解決方法."反電勢(shì)法"控制中不可避免的會(huì)存在轉(zhuǎn)子位置誤差,論文對(duì)這種誤差產(chǎn)生的原因進(jìn)行了分析,提出了減少轉(zhuǎn)子位置誤差的方法.論文還介紹了"反電勢(shì)法"無(wú)位置傳感器無(wú)刷直流電機(jī)控制中幾種常用的數(shù)字濾波算法,給出了該控制系統(tǒng)中采用這些算法的程序源代碼.在控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上,論文介紹了"反電勢(shì)法"無(wú)位置傳感器無(wú)刷直流電機(jī)控制系統(tǒng)的調(diào)試運(yùn)行過(guò)程,討論了調(diào)試中出現(xiàn)的問(wèn)題并提出了解決方法.最后,文中給出了系統(tǒng)運(yùn)行中的電壓、反電勢(shì)過(guò)零點(diǎn)等信號(hào)的實(shí)測(cè)波形.調(diào)試結(jié)果表明,該系統(tǒng)穩(wěn)定可靠,具有良好的調(diào)速性能,達(dá)到了預(yù)期的效果.
標(biāo)簽： 電勢(shì) 無(wú)位置傳感器 無(wú)刷
上傳時(shí)間： 2013-06-09
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無(wú)刷直流電機(jī),是隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展和新型永磁材料的出現(xiàn)而迅速成熟起來(lái)的一種機(jī)電一體化電機(jī).隨著無(wú)刷直流電機(jī)在各個(gè)領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用,其常用的帶位置傳感器控制方法暴露出了越來(lái)越多的局限性.同時(shí),隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和電子技術(shù)的不斷發(fā)展,基于高性能數(shù)字信號(hào)處理器的"狀態(tài)觀測(cè)器"法無(wú)位置傳感器控制則漸漸成為研究的熱點(diǎn).論文在詳細(xì)介紹了"擴(kuò)展卡爾曼濾波法"無(wú)位置傳感器無(wú)刷直流電機(jī)控制原理的基礎(chǔ)上,建立了基于"擴(kuò)展卡爾曼濾波法"無(wú)位置傳感器無(wú)刷直流電機(jī)控制系統(tǒng)模型,對(duì)模型中誤差造成的原因作出了定性和定量的分析,給出了解決的辦法.另外,論文以Texas Instrument公司的TMS320LF2407A數(shù)字信號(hào)處理器為核心,設(shè)計(jì)了一套基于"擴(kuò)展卡爾曼濾波法"的無(wú)位置傳感器無(wú)刷直流電機(jī)控制系統(tǒng),并給出了各模塊的設(shè)計(jì)電路.文中介紹了系統(tǒng)的各個(gè)組成部分,并給出了系統(tǒng)的抗干擾措施."三段式"起動(dòng)技術(shù)是無(wú)傳感器無(wú)刷直流電機(jī)控制中的常用起動(dòng)方法,也是"擴(kuò)展卡爾曼濾波法"控制中的一個(gè)重要環(huán)節(jié).文中對(duì)"三段式"起動(dòng)技術(shù)中轉(zhuǎn)子定位、外同步加速和外同步到自同步的切換三部分進(jìn)行了詳細(xì)的分析和討論,指出了各部分的難點(diǎn),給出了相應(yīng)的解決方法.基于"擴(kuò)展卡爾曼濾波法"的控制系統(tǒng)中包含了大量的運(yùn)算和多路的AD采集,因此不可避免存在系統(tǒng)和測(cè)量誤差以及干擾噪聲,論文著重對(duì)系統(tǒng)誤差、量測(cè)誤差和干擾噪聲三個(gè)方面作了詳細(xì)的分析,并提出了解決的方法.對(duì)于噪聲信號(hào)的數(shù)字化處理,論文探討了常用的幾種數(shù)字濾波算法并給出了仿真波形.在前面所設(shè)計(jì)的控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)上,論文介紹了"擴(kuò)展卡爾曼濾波法"無(wú)位置傳感器無(wú)刷直流電機(jī)控制系統(tǒng)的運(yùn)行調(diào)試過(guò)程,分析了調(diào)試中出現(xiàn)的問(wèn)題并提出了解決的方法.最后,文中給出了系統(tǒng)調(diào)試中的電壓、反電勢(shì)以及相電流等信號(hào)的實(shí)測(cè)波形,并與仿真結(jié)果作了比較分析.
標(biāo)簽： 擴(kuò)展 卡爾曼濾波 無(wú)位置傳感器
上傳時(shí)間： 2013-07-30
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無(wú)刷直流電機(jī)是隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展和高性能永磁材料的出現(xiàn)而迅速發(fā)展起來(lái)的一種新型機(jī)電一體化電機(jī)。隨著無(wú)刷直流電機(jī)在各個(gè)領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，無(wú)位置傳感器控制方法的優(yōu)勢(shì)越來(lái)越明顯，特別是“反電勢(shì)法”無(wú)刷直流電機(jī)控制方法已經(jīng)發(fā)展成為最實(shí)用的無(wú)位置傳感器控制方法。 論文在介紹常用的無(wú)位置傳感器無(wú)刷直流電機(jī)控制方法的基礎(chǔ)上，詳細(xì)分析了“反電勢(shì)法”無(wú)刷直流電機(jī)控制原理。深入研究了兩種反電勢(shì)過(guò)零檢測(cè)方法，采用“直接反電勢(shì)法”設(shè)計(jì)了反電勢(shì)過(guò)零檢測(cè)電路。該方法不需要引出電機(jī)中性點(diǎn)，通過(guò)選擇PWM和導(dǎo)通控制策略，就能直接從電機(jī)端電壓獲得反電勢(shì)過(guò)零點(diǎn)信號(hào)。它避免了開關(guān)高頻調(diào)制產(chǎn)生的干擾，不需要對(duì)端電壓進(jìn)行濾波。建立了基于PSPICE軟件的仿真模型并對(duì)其進(jìn)行了仿真驗(yàn)證。以按摩椅用無(wú)刷直流電機(jī)為樣機(jī)，設(shè)計(jì)了“直接反電勢(shì)法”無(wú)刷直流電機(jī)控制系統(tǒng)的硬件電路，詳細(xì)介紹了電路各個(gè)組成部分，同時(shí)給出了控制系統(tǒng)中所采用的軟硬件抗干擾措施。 論文介紹了“直接反電勢(shì)法”無(wú)刷直流電機(jī)控制常用的起動(dòng)方法，深入討論了“三段式”起動(dòng)技術(shù)，對(duì)“三段式”起動(dòng)技術(shù)中轉(zhuǎn)子預(yù)定位、外同步加速和外同步到自同步的切換進(jìn)行了詳細(xì)的分析，并圍繞“三段式”起動(dòng)技術(shù)詳細(xì)介紹了“直接反電勢(shì)法”控制軟件設(shè)計(jì)流程。 最后，通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了這種方法的可行性和正確性。
標(biāo)簽： 電勢(shì) 無(wú)刷直流電機(jī) 控制系統(tǒng)
上傳時(shí)間： 2013-05-24
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永磁無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)是一種機(jī)械、電氣、電子一體化的高技術(shù)產(chǎn)品，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、運(yùn)行可靠、使用壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)，在現(xiàn)代輕重工業(yè)中應(yīng)用廣泛。現(xiàn)代工業(yè)技術(shù)和生產(chǎn)需求的快速發(fā)展對(duì)永磁無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)的性能要求不斷提高，因此研究具有響應(yīng)速度快、調(diào)節(jié)能力強(qiáng)、控制精度高的無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)具有十分重要的意義。 本文介紹了永磁無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)的組成和研究方向，介紹了英飛凌XC167Cl高性能16位單片機(jī)，進(jìn)而對(duì)永磁無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)的類型進(jìn)行了介紹，同時(shí)分析了永磁無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)的工作原理，建立了比較完善的數(shù)學(xué)模型，并詳細(xì)闡述了轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)產(chǎn)生的原因和消除轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)的一般方法。 本文設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了基于英飛凌XC167Cl高性能16位單片機(jī)的轉(zhuǎn)速和電流雙閉環(huán)永磁無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)。系統(tǒng)采用PWM方式實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)的控制。轉(zhuǎn)速和電流雙閉環(huán)數(shù)字PI器的應(yīng)用使得控制系統(tǒng)具有良好的動(dòng)態(tài)和靜態(tài)性能。單片機(jī)和液晶顯示與鍵盤給定模塊之間的串行通信實(shí)現(xiàn)了控制系統(tǒng)信息在人機(jī)間的傳輸，為系統(tǒng)的調(diào)試帶來(lái)了靈活性，也為控制系統(tǒng)中參數(shù)的實(shí)時(shí)監(jiān)控和給定提供了方便。 在本文的最后，就采集到的部分波形，分析了實(shí)驗(yàn)結(jié)果，并提出了對(duì)本系統(tǒng)的總結(jié)和展望。 實(shí)驗(yàn)表明，本文所采用的英飛凌XC167Cl高性能16位單片機(jī)具有極高的性能，以其為核心的控制系統(tǒng)具有運(yùn)行性能良好、調(diào)試方便、升級(jí)換代容易等特點(diǎn)，為后續(xù)的研究工作提供了實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)和借鑒。
上傳時(shí)間： 2013-05-25
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在目前全球能源危機(jī)和溫室效應(yīng)越來(lái)越嚴(yán)重的情況下，電動(dòng)車(Electric Vehicle)以其無(wú)污染、低噪聲、效率高，便于操作等優(yōu)點(diǎn)，越來(lái)越受到人們的青睞。本課題與華中科技大學(xué)辜承林教授聯(lián)合，為蘇州益高電動(dòng)車輛制造有限公司設(shè)計(jì)旅游車無(wú)刷電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。課題結(jié)合現(xiàn)代CPU技術(shù)、數(shù)字技術(shù)和電力電子技術(shù)，設(shè)計(jì)了一款以無(wú)位置傳感器無(wú)刷直流電機(jī)為動(dòng)力的大功率汽車輪轂驅(qū)動(dòng)控制器。 本課題采用辜老師設(shè)計(jì)的“橫向磁通無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)”為控制對(duì)象。本文首先分析了無(wú)刷直流電機(jī)的數(shù)學(xué)模型和無(wú)位置傳感器的反電勢(shì)過(guò)零點(diǎn)檢測(cè)的基本原理，從整體上對(duì)控制系統(tǒng)的各個(gè)方面進(jìn)行了討論并確定了整體設(shè)計(jì)方案。在課題中，本人采用DSP 2407A作為控制核心，以功率MOS管為逆變器件，研制出系統(tǒng)硬件，用C語(yǔ)言編制了系統(tǒng)軟件。鑒于該課題在大電流等級(jí)的無(wú)刷直流電機(jī)應(yīng)用中，國(guó)內(nèi)外尚無(wú)先例，本項(xiàng)目在開發(fā)實(shí)驗(yàn)中，對(duì)無(wú)位置傳感器無(wú)刷電機(jī)的起動(dòng)和反電勢(shì)過(guò)零檢測(cè)作了大量的研究工作，取得許多有益的科研實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。通過(guò)對(duì)電機(jī)的起動(dòng)過(guò)程和位置檢測(cè)方法進(jìn)行的一些有效改進(jìn)措施，使得電機(jī)達(dá)到較好的運(yùn)行性能和操控特性。 實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明本項(xiàng)目設(shè)計(jì)方案有效可行，研制的無(wú)位置傳感器無(wú)刷直流電機(jī)控制器達(dá)到設(shè)計(jì)的預(yù)期基本性能指標(biāo)。
標(biāo)簽： 無(wú)刷直流電機(jī) 電動(dòng)汽車 驅(qū)動(dòng)控制器
上傳時(shí)間： 2013-04-24
上傳用戶：qq1604324866
高速電機(jī)由于轉(zhuǎn)速高、體積小、功率密度高，在渦輪發(fā)電機(jī)、渦輪增壓器、高速加工中心、飛輪儲(chǔ)能、電動(dòng)工具、空氣壓縮機(jī)、分子泵等許多領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。永磁無(wú)刷直流電機(jī)由于效率高、氣隙大、轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，因此特別適合高速運(yùn)行。高速永磁無(wú)刷直流電機(jī)是目前國(guó)內(nèi)外研究的熱點(diǎn)，其主要問(wèn)題在于：（1）轉(zhuǎn)子機(jī)械強(qiáng)度和轉(zhuǎn)子動(dòng)力學(xué)；（2）轉(zhuǎn)子損耗和溫升。本文針對(duì)高速永磁無(wú)刷直流電機(jī)主要問(wèn)題之一的轉(zhuǎn)子渦流損耗進(jìn)行了深入分析。轉(zhuǎn)子渦流損耗是由定子電流的時(shí)間和空間諧波以及定子槽開口引起的氣隙磁導(dǎo)變化所產(chǎn)生的。首先通過(guò)優(yōu)化定子結(jié)構(gòu)、槽開口和氣隙長(zhǎng)度的大小來(lái)降低電流空間諧波和氣隙磁導(dǎo)變化所產(chǎn)生的轉(zhuǎn)子渦流損耗；通過(guò)合理地增加繞組電感以及采用銅屏蔽環(huán)的方法來(lái)減小電流時(shí)間諧波引起的轉(zhuǎn)子渦流損耗。其次對(duì)轉(zhuǎn)子充磁方式和轉(zhuǎn)子動(dòng)力學(xué)進(jìn)行了分析。最后制作了高速永磁無(wú)刷直流電機(jī)樣機(jī)和控制系統(tǒng)，進(jìn)行了空載和負(fù)載實(shí)驗(yàn)研究。論文主要工作包括： 一、采用解析計(jì)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(zhǎng)度對(duì)高速永磁無(wú)刷直流電機(jī)轉(zhuǎn)子渦流損耗的影響。對(duì)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(tái)電機(jī)的定子結(jié)構(gòu)進(jìn)行了對(duì)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(jì)及轉(zhuǎn)子集膚深度和渦流磁場(chǎng)影響的解析模型計(jì)算了轉(zhuǎn)子渦流損耗，通過(guò)有限元仿真對(duì)解析計(jì)算結(jié)果加以驗(yàn)證。結(jié)果表明：3槽集中繞組結(jié)構(gòu)的電機(jī)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(zhǎng)度對(duì)轉(zhuǎn)子渦流損耗的影響，在空載和負(fù)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(zhǎng)度的減小，轉(zhuǎn)子損耗隨之增加。因此從減小高速永磁無(wú)刷電機(jī)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(wú)刷直流電機(jī)額定運(yùn)行時(shí)的電流波形中含有大量的時(shí)間諧波分量，其中5次和7次時(shí)間諧波分量合成的電樞磁場(chǎng)以6倍轉(zhuǎn)子角速度相對(duì)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，11次和13次時(shí)間諧波分量合成的電樞磁場(chǎng)以12倍轉(zhuǎn)子角速度相對(duì)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，這些諧波分量與轉(zhuǎn)子異步，在轉(zhuǎn)子保護(hù)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(duì)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(duì)于本文設(shè)計(jì)的高速永磁無(wú)刷直流電機(jī)，當(dāng)永磁體分塊數(shù)大于12時(shí)，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(huì)使永磁體中的渦流損耗增加。為了提高轉(zhuǎn)子的機(jī)械強(qiáng)度，在永磁體表面通常包裹一層高強(qiáng)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(dǎo)率的包裹材料對(duì)轉(zhuǎn)子渦流損耗的影響。然后利用渦流磁場(chǎng)的屏蔽作用，在轉(zhuǎn)子保護(hù)環(huán)和永磁體之間增加一層電導(dǎo)率高的銅環(huán)。有限元分析表明：盡管銅環(huán)中會(huì)產(chǎn)生渦流損耗，但正是由于銅環(huán)良好的導(dǎo)電性，其產(chǎn)生的渦流磁場(chǎng)抵消了氣隙磁場(chǎng)的諧波分量，使永磁體、轉(zhuǎn)軸以及保護(hù)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(duì)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(dāng)銅環(huán)的厚度達(dá)到6次時(shí)間諧波的透入深度時(shí)，轉(zhuǎn)子損耗減小到最小。 三、對(duì)于給定的電機(jī)尺寸，設(shè)計(jì)了兩臺(tái)電感值不同的高速永磁無(wú)刷直流電機(jī)，通過(guò)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(guò)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(wú)刷直流電機(jī)的電磁設(shè)計(jì)和轉(zhuǎn)子動(dòng)力學(xué)問(wèn)題。對(duì)比分析了平行充磁和徑向充磁對(duì)高速永磁無(wú)刷直流電機(jī)性能的影響，結(jié)果表明：平行充磁優(yōu)于徑向充磁。設(shè)計(jì)并制作了兩種不同結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)子：?jiǎn)味耸捷S承支撐結(jié)構(gòu)和兩端式軸承支撐結(jié)構(gòu)。對(duì)兩種結(jié)構(gòu)進(jìn)行了轉(zhuǎn)子動(dòng)力學(xué)分析，實(shí)驗(yàn)研究表明：由于轉(zhuǎn)子設(shè)計(jì)不合理，單端式軸承支撐結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速達(dá)到40，000rpm以上時(shí)，保護(hù)環(huán)和定子齒部發(fā)生了摩擦，破壞了轉(zhuǎn)子動(dòng)平衡，導(dǎo)致電機(jī)運(yùn)行失敗，而兩端式軸承支撐結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)子成功運(yùn)行到100，000rpm以上。 五、最后制作了平行充磁的高速永磁無(wú)刷直流電機(jī)樣機(jī)和控制系統(tǒng)，進(jìn)行了空載和負(fù)載實(shí)驗(yàn)研究。對(duì)比研究了PWM電流調(diào)制和銅屏蔽環(huán)對(duì)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(shí)的1/2；斬波控制會(huì)引入高頻電流諧波分量，使得轉(zhuǎn)子渦流損耗增加。通過(guò)計(jì)算繞組反電勢(shì)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(jiǎn)化的暫態(tài)溫度場(chǎng)有限元模型分析了轉(zhuǎn)子溫升，有限元分析和實(shí)驗(yàn)計(jì)算結(jié)果基本吻合，驗(yàn)證了銅屏蔽環(huán)的有效性。
標(biāo)簽： 無(wú)刷直流 電機(jī)轉(zhuǎn)子 渦流損耗
上傳時(shí)間： 2013-05-18
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無(wú)刷直流電機(jī)是一種性能優(yōu)越、應(yīng)用前景廣闊的電機(jī)，應(yīng)用傳統(tǒng)的控制理論對(duì)其進(jìn)行控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)、分析的技術(shù)已經(jīng)相對(duì)成熟，在此基礎(chǔ)上研發(fā)出的各種調(diào)速系統(tǒng)已經(jīng)在工業(yè)生產(chǎn)中獲得廣泛應(yīng)用。因此，無(wú)刷直流電機(jī)的進(jìn)一步推廣應(yīng)用，在很大程度上依賴于對(duì)一些先進(jìn)控制策略的研究。 為了改進(jìn)無(wú)刷直流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的控制性能，本文基于灰色控制理論建立了無(wú)刷直流電機(jī)灰色PID控制調(diào)速系統(tǒng)模型。常規(guī)的PID控制以其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、可靠性高、易于工程實(shí)現(xiàn)等優(yōu)點(diǎn)至今仍被廣泛采用。在系統(tǒng)模型參數(shù)變化不大的情況下，PID控制性能優(yōu)良，但無(wú)刷直流電機(jī)是一種多變量、非線性的控制系統(tǒng)，傳統(tǒng)的PID控制器難以克服電機(jī)自身參數(shù)不確定和擾動(dòng)帶來(lái)的轉(zhuǎn)速偏差問(wèn)題，無(wú)法實(shí)現(xiàn)精確快速的控制。灰色控制器是在繼承經(jīng)典PID控制器不依賴于對(duì)象模型優(yōu)點(diǎn)的基礎(chǔ)上，通過(guò)改進(jìn)經(jīng)典PID固有缺陷而形成的新型控制器，性能優(yōu)良并且算法簡(jiǎn)單。該控制器設(shè)計(jì)不需要建立電機(jī)的精確數(shù)學(xué)模型，對(duì)參數(shù)變化和負(fù)載擾動(dòng)不敏感。系統(tǒng)較好地實(shí)現(xiàn)了給定速度參考模型的自適應(yīng)跟蹤，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，能適應(yīng)環(huán)境變化，具有較強(qiáng)的魯棒性。 本文以灰色系統(tǒng)理論為基礎(chǔ)，把無(wú)刷直流電機(jī)的數(shù)學(xué)模型分為確定部分與不確定部分，對(duì)被控對(duì)象的不確定部分建立灰色模型，進(jìn)行灰色預(yù)估補(bǔ)償，使控制系統(tǒng)的灰量得到一定程度的白化。對(duì)所提出的無(wú)刷直流電機(jī)灰色PID控制調(diào)速系統(tǒng)進(jìn)行了仿真，對(duì)仿真結(jié)果給出理論分析；以TMS320F2812型DSP為核心控制器建立了無(wú)刷直流電機(jī)調(diào)速驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。仿真和實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，基于灰色PID控制算法的無(wú)刷直流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)受電機(jī)參數(shù)變化影響較小，具有較高的控制精度和魯棒性，表現(xiàn)出優(yōu)良的動(dòng)、靜態(tài)性能。
標(biāo)簽： 控制 無(wú)刷 直流電機(jī)調(diào)速
上傳時(shí)間： 2013-04-24
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