永磁無刷直流電動機是一種機械、電氣、電子一體化的高技術產(chǎn)品，具有結構簡單、運行可靠、使用壽命長等優(yōu)點，在現(xiàn)代輕重工業(yè)中應用廣泛。現(xiàn)代工業(yè)技術和生產(chǎn)需求的快速發(fā)展對永磁無刷直流電動機控制系統(tǒng)的性能要求不斷提高，因此研究具有響應速度快、調(diào)節(jié)能力強、控制精度高的無刷直流電動機控制系統(tǒng)具有十分重要的意義。 本文介紹了永磁無刷直流電動機控制系統(tǒng)的組成和研究方向，介紹了英飛凌XC167Cl高性能16位單片機，進而對永磁無刷直流電動機的類型進行了介紹，同時分析了永磁無刷直流電動機的工作原理，建立了比較完善的數(shù)學模型，并詳細闡述了轉矩脈動產(chǎn)生的原因和消除轉矩脈動的一般方法。 本文設計并實現(xiàn)了基于英飛凌XC167Cl高性能16位單片機的轉速和電流雙閉環(huán)永磁無刷直流電動機控制系統(tǒng)。系統(tǒng)采用PWM方式實現(xiàn)對電機的控制。轉速和電流雙閉環(huán)數(shù)字PI器的應用使得控制系統(tǒng)具有良好的動態(tài)和靜態(tài)性能。單片機和液晶顯示與鍵盤給定模塊之間的串行通信實現(xiàn)了控制系統(tǒng)信息在人機間的傳輸，為系統(tǒng)的調(diào)試帶來了靈活性，也為控制系統(tǒng)中參數(shù)的實時監(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，分析了實驗結果，并提出了對本系統(tǒng)的總結和展望。 實驗表明，本文所采用的英飛凌XC167Cl高性能16位單片機具有極高的性能，以其為核心的控制系統(tǒng)具有運行性能良好、調(diào)試方便、升級換代容易等特點，為后續(xù)的研究工作提供了實驗基礎和借鑒。
上傳時間： 2013-05-25
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在目前全球能源危機和溫室效應越來越嚴重的情況下，電動車(Electric Vehicle)以其無污染、低噪聲、效率高，便于操作等優(yōu)點，越來越受到人們的青睞。本課題與華中科技大學辜承林教授聯(lián)合，為蘇州益高電動車輛制造有限公司設計旅游車無刷電機驅動系統(tǒng)。課題結合現(xiàn)代CPU技術、數(shù)字技術和電力電子技術，設計了一款以無位置傳感器無刷直流電機為動力的大功率汽車輪轂驅動控制器。 本課題采用辜老師設計的“橫向磁通無刷直流電動機”為控制對象。本文首先分析了無刷直流電機的數(shù)學模型和無位置傳感器的反電勢過零點檢測的基本原理，從整體上對控制系統(tǒng)的各個方面進行了討論并確定了整體設計方案。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語言編制了系統(tǒng)軟件。鑒于該課題在大電流等級的無刷直流電機應用中，國內(nèi)外尚無先例，本項目在開發(fā)實驗中，對無位置傳感器無刷電機的起動和反電勢過零檢測作了大量的研究工作，取得許多有益的科研實踐經(jīng)驗。通過對電機的起動過程和位置檢測方法進行的一些有效改進措施，使得電機達到較好的運行性能和操控特性。 實驗結果表明本項目設計方案有效可行，研制的無位置傳感器無刷直流電機控制器達到設計的預期基本性能指標。
上傳時間： 2013-04-24
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高速電機由于轉速高、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、分子泵等許多領域得到了廣泛的應用。永磁無刷直流電機由于效率高、氣隙大、轉子結構簡單，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）轉子機械強度和轉子動力學；（2）轉子損耗和溫升。本文針對高速永磁無刷直流電機主要問題之一的轉子渦流損耗進行了深入分析。轉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)化定子結構、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子渦流損耗。其次對轉子充磁方式和轉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構、槽開口大小、以及氣隙長度對高速永磁無刷直流電機轉子渦流損耗的影響。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構進行了對比，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，然后采用計及轉子集膚深度和渦流磁場影響的解析模型計算了轉子渦流損耗，通過有限元仿真對解析計算結果加以驗證。結果表明：3槽集中繞組結構的電機中含有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子渦流損耗的影響，在空載和負載狀態(tài)下的研究結果均表明：隨著槽開口的增加或者氣隙長度的減小，轉子損耗隨之增加。因此從減小高速永磁無刷電機轉子渦流損耗的角度考慮，2極6槽的定子結構優(yōu)于2極3槽結構。 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倍轉子角速度相對轉子旋轉，11次和13次時間諧波分量合成的電樞磁場以12倍轉子角速度相對轉子旋轉，這些諧波分量與轉子異步，在轉子保護環(huán)、永磁體和轉軸中產(chǎn)生大量的渦流損耗，是轉子渦流損耗的主要部分。首先研究了永磁體分塊對轉子渦流損耗的影響，分析表明：永磁體的分塊數(shù)和透入深度有關，對于本文設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子渦流損耗的影響。然后利用渦流磁場的屏蔽作用，在轉子保護環(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、轉軸以及保護環(huán)中的損耗顯著下降，整體上降低了轉子渦流損耗。分析了不同的銅環(huán)厚度對轉子渦流損耗的影響，研究表明轉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，轉子損耗減小到最小。 三、對于給定的電機尺寸，設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子渦流損耗。 四、研究了高速永磁無刷直流電機的電磁設計和轉子動力學問題。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，結果表明：平行充磁優(yōu)于徑向充磁。設計并制作了兩種不同結構的轉子：單端式軸承支撐結構和兩端式軸承支撐結構。對兩種結構進行了轉子動力學分析，實驗研究表明：由于轉子設計不合理，單端式軸承支撐結構的轉子轉速達到40，000rpm以上時，保護環(huán)和定子齒部發(fā)生了摩擦，破壞了轉子動平衡，導致電機運行失敗，而兩端式軸承支撐結構的轉子成功運行到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)對轉子損耗的影響，研究表明：銅屏蔽環(huán)能有效的降低轉子渦流損耗，使轉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子溫升，有限元分析和實驗計算結果基本吻合，驗證了銅屏蔽環(huán)的有效性。
上傳時間： 2013-05-18
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無刷直流電機是一種性能優(yōu)越、應用前景廣闊的電機，應用傳統(tǒng)的控制理論對其進行控制系統(tǒng)設計、分析的技術已經(jīng)相對成熟，在此基礎上研發(fā)出的各種調(diào)速系統(tǒng)已經(jīng)在工業(yè)生產(chǎn)中獲得廣泛應用。因此，無刷直流電機的進一步推廣應用，在很大程度上依賴于對一些先進控制策略的研究。 為了改進無刷直流電機調(diào)速系統(tǒng)的控制性能，本文基于灰色控制理論建立了無刷直流電機灰色PID控制調(diào)速系統(tǒng)模型。常規(guī)的PID控制以其結構簡單、可靠性高、易于工程實現(xiàn)等優(yōu)點至今仍被廣泛采用。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，但無刷直流電機是一種多變量、非線性的控制系統(tǒng)，傳統(tǒng)的PID控制器難以克服電機自身參數(shù)不確定和擾動帶來的轉速偏差問題，無法實現(xiàn)精確快速的控制。灰色控制器是在繼承經(jīng)典PID控制器不依賴于對象模型優(yōu)點的基礎上，通過改進經(jīng)典PID固有缺陷而形成的新型控制器，性能優(yōu)良并且算法簡單。該控制器設計不需要建立電機的精確數(shù)學模型，對參數(shù)變化和負載擾動不敏感。系統(tǒng)較好地實現(xiàn)了給定速度參考模型的自適應跟蹤，結構簡單，能適應環(huán)境變化，具有較強的魯棒性。 本文以灰色系統(tǒng)理論為基礎，把無刷直流電機的數(shù)學模型分為確定部分與不確定部分，對被控對象的不確定部分建立灰色模型，進行灰色預估補償，使控制系統(tǒng)的灰量得到一定程度的白化。對所提出的無刷直流電機灰色PID控制調(diào)速系統(tǒng)進行了仿真，對仿真結果給出理論分析；以TMS320F2812型DSP為核心控制器建立了無刷直流電機調(diào)速驅動系統(tǒng)。仿真和實驗結果表明，基于灰色PID控制算法的無刷直流電機調(diào)速系統(tǒng)受電機參數(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、靜態(tài)性能。
標簽： 控制 無刷 直流電機調(diào)速
上傳時間： 2013-04-24
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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。 本論文的主要任務是完成電動觀光車設計的核心部分——驅動電機的設計。由于直流電機控制簡單，造價低而且技術成熟，符合我國國情，因此在我國的電動車絕大多數(shù)仍然是直流驅動系統(tǒng)。本課題設計了滿足現(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，以及電動車的結構和關鍵技術，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構、主要技術要求和工作原理作了分析。基于以上技術要求，根據(jù)電機設計的基本原則和相關經(jīng)驗數(shù)據(jù)，完成了電機的電磁設計，得到較為理想的設計方案；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。文章的最后對所設計的電機進行了仿真和實驗研究。 論文中設計出全套規(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計具有一定的參考價值。具有廣闊的應用前景。
上傳時間： 2013-04-24
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在早期階段，直流調(diào)速系統(tǒng)在傳動領域中占統(tǒng)治地位。然而，從60年代后期開始，交流電動機在工業(yè)應用領域正在取代直流電動機，交流傳動變得越來越經(jīng)濟和受歡迎。永磁交流伺服系統(tǒng)作為電氣傳動領域的重要組成部分，在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、航空航天等領域發(fā)揮越來越重大的作用。永磁同步電動機以其特點廣泛應用于中小功率傳動場合，成為研究的重要領域。然而，永磁同步電動機具有較大的轉動脈動，而對于這些應用場合，轉矩平滑通常是基本要求。因此，對永磁交流伺服系統(tǒng)的應用，必須考慮其轉矩脈動的抑制問題。本文針對電機傳動系統(tǒng)中參數(shù)變化對電機性能的影響，以永磁同步電機為例，圍繞如何通過參數(shù)辨識來提高永磁同步電動機的控制性能，借助自行開發(fā)的全數(shù)字永磁交流伺服系統(tǒng)平臺，對永磁同步電動機的磁場定向控制，參數(shù)辨識，神經(jīng)網(wǎng)絡和擴展卡爾曼濾波在控制系統(tǒng)中的應用，抑制轉矩脈動，提高系統(tǒng)性能幾個方面展開深入的研究。 本文從永磁同步電動機及其控制系統(tǒng)的基本結構出發(fā)，對通過參數(shù)辨識抑制轉矩脈動進行了較為細致的分析。針對不同情況，通過改進電機的控制系統(tǒng)，提出了多種參數(shù)辨識方法。主要內(nèi)容如下： 1、基于定子磁鏈方程，建立了永磁同步電動機的一般數(shù)學模型。經(jīng)坐標變換，得出在靜止兩相（α—β）坐標系和旋轉兩相（d—q）坐標系下永磁同步電動機電壓方程和轉矩方程。 2、分析了永磁同步電動機id=0矢量控制系統(tǒng)的工作原理，介紹了永磁同步電動基于磁場定向的矢量控制的基本概念。經(jīng)對永磁同步電動機系統(tǒng)進行分析，推導并建立了id=0控制時整個電機系統(tǒng)的數(shù)學模型。 3、基于超穩(wěn)定性理論的模型參考自適應控制原理，設計了一種模型參考自適應控制系統(tǒng)，考慮電機參數(shù)的時變性，對永磁交流伺服系統(tǒng)的繞組電阻和電機負載轉矩辨識進行了研究，以保持系統(tǒng)的動態(tài)性能。利用Matlab/Simulink建立仿真模型，對控制性能進行了驗證，仿真實驗證明這種方法的可行性。 4、人工神經(jīng)網(wǎng)絡具有很強的學習性能，經(jīng)過訓練的多層神經(jīng)網(wǎng)絡能以任意精度逼近非線性函數(shù)，因此為非線性系統(tǒng)辨識提供了一個強有力的工具。本章針對永磁同步電機提出了一種以電機輸出轉速為目標函數(shù)的神經(jīng)網(wǎng)絡控制方案，同時應用人工神經(jīng)網(wǎng)絡理論建立和設計了負載轉矩擾動辨識的算法以及相應的控制系統(tǒng)的補償方法，并應用MATLAB軟件進行了計算機仿真，仿真證明和傳統(tǒng)的控制方法相比，以電機輸出轉速為指導值和目標函數(shù)的神經(jīng)網(wǎng)絡控制方案能有效地提高神經(jīng)網(wǎng)絡的收斂速度，能有效地改善控制系統(tǒng)的動態(tài)響應，具有跟蹤性能好和魯棒性較強等優(yōu)點。 5、電機的參數(shù)會隨著溫升和磁路飽和發(fā)生變化，需進行在線實時辨識。本文利用電機的定子電流、電壓和轉速，采用遞推最小二乘法進行在線參數(shù)辨識，該方法不需要觀測的磁鏈信號，消除了磁鏈觀測和參數(shù)辨識的耦合。電機狀態(tài)方程由于存在狀態(tài)變量的乘積項，對電機參數(shù)辨識以后，仍然是非線性方程，為了對電機狀態(tài)方程進行狀態(tài)估計，得到電機的參數(shù)辨識值，本文采用擴展卡爾曼濾波進行狀態(tài)估計，對以上方法的仿真實驗得到了滿意的結果。 6、本文基于數(shù)字電機控制專用DSP自行開發(fā)了全數(shù)字永磁交流伺服系統(tǒng)平臺，通過軟件實現(xiàn)擴展卡爾曼濾波對電阻和磁鏈的估計，以及基于磁場定向的空間矢量控制算法，獲得了令人滿意的實驗結果，證明擴展卡爾曼濾波算法對電阻和磁鏈的實時估計是很準確的，由此構成的永磁交流伺服系統(tǒng)具有良好的靜、動態(tài)性能。
標簽： 電機 傳動系統(tǒng) 參數(shù)辨識
上傳時間： 2013-07-28
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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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新型8 通道24 位模數(shù)轉換器ADS1216 及其應用
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系得出控制逆變橋開關管導通的信號。結合電機預定位起動原理，設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構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計工作：無刷直流電機的驅動控制和采用直流斬波技術的調(diào)速系統(tǒng)；最后給出了相關的實驗結果和結論。 根據(jù)上述設計方案設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
上傳用戶：ljmwh2000
直流開關電源設計，軟開關電源設計,PFC電路設計
上傳時間： 2013-07-21
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