隨著經濟發展，步進電機在工業生產與社會生活中的應用越來越廣泛，對精度的要求也在不斷提高。日益擴展的實際應用需求，不僅對步進電機結構提出了更高的要求，而且對步進電機的驅動控制也提出了更高的要求。雖然步進電機存在很多的優點，但是實際應用起來也有許多的不方便，很大程度上是受到步進電機驅動器的限制。步進電機的應用必須選用與之匹配的步進電機驅動器，以滿足電機對不同電流大小的要求。而且現在的很多控制器不夠智能化，實際應用中，除了要選用專門的驅動器之外，還要配備一個控制器，來發送一些脈沖，或者調節一些步進電機的運行參數。大多數驅動器都無法滿足高精度高效控制的需求，這些驅動器沒能更好的開發出步進電機的細分等方面的潛能。由上述可知，目前常用驅動器缺乏普適性，電流大小無法滿足不同類型電機的要求，細分分辨率不高，斬波頻率不可調，保護功能不足，智能化程度不高。 針對步進電機存在的上述問題，本課題設計了性能較為優越的步進電機驅動系統。該驅動器采用了恒流驅動與細分驅動的原理，結合單片機與電力電子應用技術，來提高驅動器的性能。該步進電機驅動系統，硬件上包括STM32與LV8726專用芯片組成的控制電路、功率放大電路、光耦隔離電路以及USB轉串口的通信電路。軟件上使用VB6.0編寫了驅動器的控制應用程序，通過上位機實時控制步進電機的運行狀態，以提高智能化的程度。 對整個系統的測試表明，電機的實際輸出波形與理論輸出波形接近。優化的加速曲線的設計，使得電機在高速啟動的時候，不會出現失步或者堵轉的情況。通過上位機的界面，可以實時控制步進電機在各種參數下運行，并實時地切換運行狀態，運行參數主要包括步進電機的速度，加速度，步距角細分，繞組電流，正反轉，啟動和停止，電流衰減率，上下橋臂切換的死區時間等參數。驅動器除具備以上功能之外，還具備多種保護功能，如欠壓保護，過流保護，過溫報警等功能。該驅動器能夠驅動多種不同類型的步進電機，具有更高的輸出電流，電流無極可調，具有更高的細分分辨率。能夠滿足多場合下，高精度高效的應用需求。
上傳時間： 2022-05-29
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接地電阻值是反映變電站地網電氣性能的主要參數之一,其合格與否將直接影響變電站和電網的安全運行.該文的主要工作是用矩量法對變電站電網的接地電阻進行數值計算和編制相應的應用軟件.該文在Win95環境下利用32位的VB和C++語言編寫了接地電阻數值計算的軟件系統.該軟件系統不僅可以計算均勻和分層均勻土壤中地網的接地電阻,還可以計算接觸電壓、跨步電壓、地表電位分布、單元流散電流分布等.此外,該軟件還具有顯示和打印地表電位分布曲線及單元流散電流分布曲線的功能.該文的另外一部分工作是對變電站地網接地電阻的測量技術進行了初步研究.在分析電流電壓法測量原理的基礎上,探討了布極誤差和干擾誤差的產生機理,并提出了消除這兩種誤差的具體方法,在理論上解決了土壤結構模型、測試極位置、地網尺寸和工頻干擾等因素帶來的測量誤差,從而大大提高接地電阻的測量精度.
上傳時間： 2013-06-03
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針對冬季供暖問題,該文研制了一種新型的智能全自動控制系統.整個控制系統主要由CPU主板、繼電器分板以及控制面板組成,CPU主板實現溫度的采集、處理、水位的測量、電源監視及報警等功能.繼電器板用于控制循環泵的啟停、緊急情況下的切斷電源等.控制面板完成功能的切換以及顯示等功能.控制系統在功能上具有供暖、熱水、定時啟動三大功能,還具有漏電、超溫、低水位保護及報警功能.在控制方法上,由于溫度控制領域多采用PID控制方法,有對不同的控溫對象要用不同的PID參數,且調整不方便的缺點.該文采用模糊控制方法,模擬最佳控制者--人的控制行為,利用人的經驗知識實現一種專家式的非線性控制.整個控制由模糊控制器完成,該文討論了以溫度偏差和溫度變化率為輸入量、電壓為輸出量的雙輸入單輸出模糊控制器設計方法.以提高系統的控制精度、安全性和可靠性.該文研制的電鍋爐控制系統,利用C語言編制控制程序,提高了開發效率及控制的靈活性.實際使用證明,該控制系統穩定、可靠、具有優良的控制效果.
上傳時間： 2013-06-11
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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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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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開關磁阻電機（SR電機）驅動系統（SRD）是一種先進的機電一體化裝置，但是其較大的振動噪聲和轉矩脈動問題制約了SRD的廣泛應用。本文以減小SR電機振動噪聲和轉矩脈動為主題展開理論分析和實驗研究。主要內容有：由于徑向力引起的定子徑向振動是SR電機噪聲的主要根源，因此徑向力的分析和計算是研究SR電機振動噪聲的基礎。本文利用磁通管法推導出徑向力的解析表達式，定性分析了徑向力與電機結構參數等之間的關系。根據虛位移原理，推導出基于矢量磁勢的電磁力計算公式。該計算方法求解電磁力時只需進行一次磁場計算，不但減小了計算量，同時計算精度較傳統虛位移法高。利用這一計算方法，求出了實驗樣機的轉矩及徑向力的精確數值解。針對在SRD性能仿真時，傳統的非線性插值不但耗時，而且對有限元計算數據量要求高的問題，本文利用人工神經網絡強大的非線性模型辨識能力，成功進行了SR電機磁鏈反演和轉矩計算的模型訓練，最后建立了基于人工神經網絡的SR電機精確解析數學模型。因為SR電機本體結構形式的選擇問題與振動噪聲大小有著密切的關系。本文從噪聲輻射和振動幅值角度探討了SR電機主要尺寸的確定；接著從對稱性、力波階數等角度研究了SR電機相數及繞組連接方式、極數、并聯支路數的選擇問題。并對一些常用的降低電機機械噪聲的措施和方法進行了綜述。系統振動特性的研究對于減小振動噪聲十分重要。本文從振動系統的運動方程出發，導出了從激振力到振動加速度的傳遞函數和系統的自由振動解；然后利用機電類比法得出了SR電機定子系統的固有頻率以及振動振幅的解析解，定性分析了影響振動振幅的各種因素；最后利用基于能量法的有限元解法，通過建立不同的散熱筋結構形式、高度、根數以及形狀的SR電機三維有限元模型，分析得出了最有利于降噪和散熱的散熱筋結構是高度高、根數多、上窄下寬的梯形截面的周向散熱筋的結論。通過建立不同繞組裝配工藝下的SR電機三維有限元模型，分析得出了加強繞組剛度可以提高系統低階固有頻率的結論。通過比較實驗樣機的模態分析結果和運行實驗結果，證實了模態分析的有效性。仿真是計算SRD系統性能和預估電機振動的有效手段。本文在用MATLAB建立SRD系統的非線性動態仿真模型的基礎上，對SRD系統進行了穩態性能仿真、動態性能仿真以及負載突變仿真。接著利用穩態性能仿真，綜合考慮最大平均轉矩和效率這兩個優化目標，對SR電機的開關角進行了優化。最后結合由磁場有限元計算得到的徑向力數據表和穩態性能仿真，通過非線性插值得到徑向力的波形，然后對徑向力波形進行了頻譜分析，從而找到其主要的諧波分量。在電機設計階段避免徑向力波主要頻譜分量與SR電機定子的固有頻率接近而引起共振是降低SR電機噪聲的首要條件。合適的控制策略對于SR電機減振降噪是必不可少的。本文理論推導出三步換相法的時間參數取值公式。仿真證明本取值公式較原先文獻的結論在阻尼比較小時有更好的減振效果。針對SR電機運行中可能出現多個模態振形被激發出來的情況，利用數值優化法對三步換相法的時間參數進行了優化，使得減振效果整體最佳，所提的數值優化方法對兩步換相法同樣有效。在分析已有的直接瞬時轉矩控制的基礎上，針對其不足之處，提出了轉矩定頻控制取代內滯環的方法、開始重疊區域的轉矩控制方法、最佳開關角度二次優化法和時間參數優化的三步換相法等新的控制方案。動態仿真證明這些方案是切實有效的，達到了預期效果。最后在直接瞬時轉矩控制的每一次轉矩斬波都使用三步換相法，和在相關斷時刻根據實際電平靈活選用兩步或三步換相法以減小電機振動噪聲，并提出了考慮減振要求的開關頻率設計方法，最終形成了一套完整的降低振動噪聲和轉矩脈動控制策略。設計并研制了基于TMS320LF2407DSP的SR電機控制器。根據控制策略要求，選用了不對稱半橋功率電路拓撲結構；出于降低成本以及提高可靠性考慮，采用了MOSFET雙路并聯電路方案。在控制軟件中實現了本文所提出的降低SR電機振動噪聲和轉矩脈動控制策略。本文最后對實驗樣機進行了靜態轉矩的測量實驗，對比轉矩測量值與轉矩有限元計算值，驗證了磁場有限元計算的有效性。然后對實驗樣機進行了空載與負載、電流控制與轉矩控制、低速斬波與高速單波、是否采用兩步或三步換相法等一系列對比運行實驗，對比各種實驗結果，充分證實了本文所提出的降低振動噪聲和轉矩脈動控制策略的有效性。本課題組承擔了國家十·五863計劃電動汽車重大專項：“EQ6110HEV混合動力城市公交車用電機及其控制系統”（2001AA501421）。本文的研究是在該項目的資助下完成，并且本文關于電機本體結構形式、散熱筋結構和機械降噪措施等的結論已在該項目的60kW實驗樣機上得到證實。
上傳時間： 2013-07-05
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開發和研制無鐵心永磁電機是當前電機領域的一項重要課題，無鐵心永磁電機可以解決傳統有鐵心電機存在的重量重、損耗高、振動噪聲大等問題。開發無鐵心永磁電機需要準確計算電機的參數和性能，而實現這一任務的重要前提是獲得正確的磁場分布。無鐵心永磁電機氣隙外沒有鐵磁材料，其自身的結構特點決定了無鐵心永磁電機的氣隙磁場屬于三維開域磁場，開域磁場工程問題的計算是近年來計算電磁學的研究熱點之一。 本文的研究內容是國家高技術研究發展(863)計劃項目“新型稀土永磁電機設計與集成技術”的關鍵技術之一。針對無鐵心永磁電機的實際工程問題，計算方法的選擇力求既能保證一定的計算精度，又能節約計算機內存和CPU時間。根據對各種開域電磁場計算方法的分析比較，本文將漸近邊界條件法和有限元法結合解決無鐵心永磁電機三維開域磁場計算問題。 本文主要由以下幾部分組成： 第一部分為無鐵心永磁電機三維開域磁場計算方法的研究。首先提出了基于標量磁位的漸近邊界條件，建立了球形邊界的標量磁位漸近邊界條件數學模型。為了盡可能減少節點的數量，結合無鐵心永磁電機的具體結構，推導了適合于盒形截斷邊界和圓柱形截斷邊界上簡便易行的一階和二階標量漸近邊界條件算子，該算子具有簡單、有限元實施容易的特點。其次研究并建立了標量漸近邊界條件與有限元法結合的三維開域靜磁場的數學模型，并提出具體的實施方法，推導出相應的離散方程。通過對具有解析解的長方永磁體三維開域磁場的實例計算，驗證了方法和所編程序的正確性，并將漸近邊界條件法與截斷法在計算精度和人工外邊界距離方面做了比較。結果表明：在相同人工外邊界情況下，漸近邊界條件與截斷邊界條件相比，計算精度明顯提高，二階漸近邊界條件明顯優于一階漸近邊界條件。與截斷法相比，漸近邊界條件法更節約計算機內存和CPU時間，比較好地處理了計算量與計算精度之間的矛盾。 第二部分針對Halbach陣列內轉子無鐵心永磁電機三維開域磁場問題進行深入研究。利用漸近邊界條件法，定量地計算了在定轉子均無鐵心的情況下電機內部及周圍磁場的大小，總結出了Halbach陣列無鐵心永磁電機磁場的空間分布規律。 第三部分針對不同拓撲結構的Halbach磁體陣列電機磁場問題進行對比研究。通過大量的計算，探討了Halbach陣列永磁電機在轉子無鐵心情況下影響氣隙磁密的各種因素，分析了不同Halbach磁體軸向長度對端部漏磁的影響規律，給出了無鐵心永磁電機漏磁系數、電樞計算長度等主要設計參數隨電機結構尺寸的變化規律。 第四部分針對具有試驗數據的三種結構的無鐵心永磁電機樣機進行了計算和分析，計算結果與試驗數據吻合，從而驗證了漸近邊界條件法處理三維開域磁場問題的有效性和實用性。
上傳時間： 2013-06-22
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隨著焊接技術、控制技術以及計算機信息技術的發展，對于數字化焊機系統的研究已經成為熱點，本文開展了對數字化IGBT逆變焊機控制系統的研究工作，設計了數字化逆變焊機的主電路和控制系統的硬件部分。 本文首先介紹了“數字化焊機”的概念，分析了數字化焊機較傳統的焊機的優勢，然后結合當前數字化焊機的國內外發展形勢，針對數字信號處理技術的特點，闡明了進行本課題研究的必要性和研究內容。文章隨后列出了整個數字化逆變焊機的設計思路和方案，簡要介紹了數字信號處理器(DSP-Digital SignalProcessing)的特點，較為詳細地解釋了以DSP為核心的控制系統設計過程。根據弧焊電源控制的要求，選擇了控制器的DSP型號。 逆變焊機的主電路采用輸出功率較大的IGBT全橋式逆變結構(逆變頻率20KHz)，由輸入整流濾波電路、逆變電路、中頻變壓器、輸出整流電路和輸出直流電抗器組成。文中簡略介紹了主電路的設計要點及元件的選型和參數的計算，并對所設計的主電路進行了Matlab計算機仿真研究。 在控制系統的設計中，采用TI(美國德州儀器)公司的DSP(TMS320LF2407)芯片作為CPU，由于其速度快(40MHz)、精度高(16bits)等特點，為弧焊逆變器控制系統真正實現數字化提供了條件。在DSP最小系統、電壓電流采樣調理模塊、保護模塊、鍵盤與顯示模塊等主要模塊的作用下對整個焊接電源進行了實時的閉環控制與焊接過程的實時監控。控制電路采用脈寬調制方式(PWM)進行輸出控制，即：控制IGBT的導通時間來實現焊機輸出功率與輸出特性的控制。設計了專門的“分頻電路”，DSP輸出的控制脈沖經過“分頻電路”分成兩路后，再經IGBT專用驅動模塊M57959L，進行功率放大后，觸發IGBT。DSP對輸出電流和電弧電壓進行實時采樣，采用離散的PI控制算法計算后，輸出相應的控制量來實時調節IGBT驅動脈沖的脈寬，進而調制輸出電流，達到控制焊機輸出的目的。 經過實驗，得到了相應的輸出電壓電流波形、PWM波形和IGBT門極驅動的實驗波形，該控制系統基本符合逆變焊機的工作要求。 最后，在對本文做簡要總結的基礎上，對于本逆變焊機的進一步完善工作提出了建議，為數字化焊機控制系統今后更加深入的研究奠定了良好的基礎。
上傳時間： 2013-08-01
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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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無刷直流電機是一種性能優越、應用前景廣闊的電機，應用傳統的控制理論對其進行控制系統設計、分析的技術已經相對成熟，在此基礎上研發出的各種調速系統已經在工業生產中獲得廣泛應用。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速系統的控制性能，本文基于灰色控制理論建立了無刷直流電機灰色PID控制調速系統模型。常規的PID控制以其結構簡單、可靠性高、易于工程實現等優點至今仍被廣泛采用。在系統模型參數變化不大的情況下，PID控制性能優良，但無刷直流電機是一種多變量、非線性的控制系統，傳統的PID控制器難以克服電機自身參數不確定和擾動帶來的轉速偏差問題，無法實現精確快速的控制。灰色控制器是在繼承經典PID控制器不依賴于對象模型優點的基礎上，通過改進經典PID固有缺陷而形成的新型控制器，性能優良并且算法簡單。該控制器設計不需要建立電機的精確數學模型，對參數變化和負載擾動不敏感。系統較好地實現了給定速度參考模型的自適應跟蹤，結構簡單，能適應環境變化，具有較強的魯棒性。 本文以灰色系統理論為基礎，把無刷直流電機的數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控制調速系統進行了仿真，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速驅動系統。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速系統受電機參數變化影響較小，具有較高的控制精度和魯棒性，表現出優良的動、靜態性能。
上傳時間： 2013-04-24
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