永磁無刷直流電動機具有慣量小、控制簡單、動態性能好等優良特性，因此在航天、機器人、數控機床等許多領域得到了廣泛應用。無刷直流電機在國外已經成功應用于對系統要求較高的場合，近年來在國內也引起了廣泛的興趣。本課題針對輪式機器人，設計了無刷直流電動機并設計相應控制系統。 首先，本課題分析了機器人用無刷直流電動機的組成結構、繞組連接，并對三相無刷直流電動機星角接工作方式進行比較，按照無刷直流電動機兩種模式運行、多極分數槽等特點進行局部設計。最終以爬坡時狀態為參考，經過多次計算得到無刷直流電動機的初始設計方案。 其次，為了提高設計的可靠性及設計成本，本課題用MaxwellRMxprt和Maxwell 2D有限元分析軟件來對所設計的電磁設計方案進行驗證。應用Maxwell 2D軟件進一步對設計方案進行分析和校驗，以校核仿真結果參數能否與設計方案相吻合。 最后設計了無刷直流電動機的PIC單片機控制系統并對無刷直流電動機進行系統仿真。控制系統CPU采用PIC16F877單片機，它能夠提供最佳的性能價格比。系統采用IGBT 專用柵極驅動集成電路IR2130，來控制系統主電路。系統仿真采用MATLAB/SIMULINK軟件，檢驗所設計電機在系統中的性能。 結論，本課題主要包括五部分：無刷直流電動機繞組連接分析，初始數據方案設計，Maxwell對電磁設計方案進行驗證，設計PIC單片機控制系統，應用MATLAB對電機控制系統進行仿真。通過這五部，本文完成了輪式機器人用無刷直流電動機進行設計及相應控制系統的設計。
上傳時間： 2013-07-28
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近年來，隨著永磁材料的發展，永磁同步電機應用日益廣泛。永磁同步電機根據反電動勢和電流波形的不同，可分為梯形波永磁同步電機(無刷直流電機)和正弦波永磁同步電機(永磁同步電機)。正弦波永磁同步電機為實現其正弦波驅動控制需要連續的轉子位置信號，通常采用機械位置傳感器(旋轉變壓器、光電編碼器等)，機械位置傳感器雖可以提供高精度的轉子位置信息，但其體積大，價格高，增加了轉子的慣量，且性能易受環境因素的影響，限制了永磁同步電機的應用場合。近年來受到廣泛的關注的無位置傳感器技術，是通過檢測反電動勢(電壓)或電流等過零點獲取轉子的位置信號，此技術雖取消了機械位置傳感器，但存在控制復雜，位置檢測精度不高，運行轉速范圍受到限制等問題。為解決上述問題，本文研究采用低成本的低分辨率位置傳感器取代機械位置傳感器，通過位置估算法得到高分辨率的轉子位置信號，以實現永磁同步電機的正弦波驅動控制問題。 首先，本文分析了傳統的采用位置區間的平均速度和采用平均速度并引用平均加速度實現位置估算法的原理，針對其不足提出了一種改進的方法，該法通過對位置區間初始速度的估算，可以顯著提高速度、位置的估算精度。本文建立上述三種位置估算法的Matlab仿真模型，并對其進行了仿真研究，仿真結果表明：改進位置估算方法即使在加減速等動態性能過程中也能保持較小的位置誤差，性能明顯優于傳統的方法。 其次，完成了以TI公司的數子信號處理器(DSP)TMS320LF2407A為主控芯片，以IR公司IR2110為驅動芯片采用低分辨率位置傳感器的正弦波永磁同步電機控制系統的硬件電路的設計和調試工作。探討了正弦波永磁同步電機在采用無電流傳感器的電流開環控制時的控制策略問題。在此情況下電壓相位角φ對電機運行性能有重要的影響，為得到最佳的φ=f(ω)曲線，需根據負載特性進行優化。 最后，完成了基于TMS320LF2407A采用低分辨率位置傳感器的正弦波永磁同步電機的軟件設計，文中詳細討論了位置估算程序和實現SVPWM程序的設計和調試，并對其進行了實驗驗證。
上傳時間： 2013-07-23
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無刷直流電機(BLDCM)是隨著電機控制技術、電力電子技術和微電子技術的發展而出現的一種新型電機。它是在有刷直流電機的基礎上發展起來的。無刷直流電機具有交流電機的結構簡單、運行可靠、維護方便等一系列特點，又具有直流電機的運行效率高、無勵磁損耗以及調速性能好等諸多優點，在很多場合有廣泛的應用前景，成為了國內外研究的熱點。無刷直流電機傳統的理論部分分析和設計方法已經比較成熟，因此對無刷直流電機控制策略的研究就顯得十分重要。 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應用。在系統模型參數變化不大的情況下，PID控制性能優良。但在工業上有許多無法建立精確數學模型的復雜控制對象和非線性控制對象，若采用傳統的PID進行控制的話，那么很難獲得比較理想的控制效果。 對于無刷直流電機而言，它是一個多變量、強耦合的非線性系統，固定參數的PID調節器無法得到很理想的控制性能指標。基于以上原因，本文以無刷直流電機為控制對象，通過分析無刷直流電機的數學模型，以BP神經網絡為基礎，設計了應用于無刷直流電機的神經網絡PID控制器。 在MATLAB平臺上，先利用神經網絡PID控制器，給出相應的控制算法，對典型的參數時變非線性系統的控制進行了仿真研究。仿真結果表明，同傳統PID控制器相比，神經網絡PID控制器對模型、環境具有較好的適應能力與較強的魯棒性，有效的改善了系統的控制結果，達到了預期的目的。隨后利用SIMULNK建立了無刷直流電機控制系統的仿真模型。分別采用普通PID控制器和神經網絡PID控制器對電機的不同運行狀況進行了仿真分析。仿真結果驗證了所建模型的正確性，并證明了神經網絡控制的優越性。
上傳時間： 2013-08-04
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風機的耗電量占全國總發電量的40﹪左右，是全國耗電最大的工業裝備，而且運行效率比國外低10﹪～30﹪。因此在風機(及水泵)上實行節能、節電、降耗是一個緊迫的任務，對緩解我國電能的供需矛盾、推進我國現代化建設、縮小我國和發達國家的差距具有非常現實和深遠的意義。 小型風機(1～10千瓦)特點是：單臺的耗電量很小，但是數量巨大，因此降低這些小型風機的耗電量同樣具有十分深遠的經濟意義。但在這一領域的節能研究一直未能得到充分重視。 本論文提出一種用于驅動小功率風機的永磁無刷直流電機，通過調速調節風量從而達到節能的目的。永磁無刷直流電機是近年隨著電力電子技術和永磁材料的進步而迅速發展起來的一種新型電機。它用一套電子換向裝置代替了有刷直流電動機的機械換向裝置，即克服了有刷直流電動機機械換向帶來的一系列缺點，又具備直流電動機運行效率高、無勵磁損耗以及調速性能好等諸多特點，因此在各個領域中得到了廣泛應用。 本論文從永磁材料、磁體結構、充磁方式、繞組分布、極弧系數等方面分析了風機外轉子永磁無刷直流電機的設計要求，給出永磁無刷直流電機結構、原理及一般設計要求；根據風機電機的驅動要求，設計制造外轉子風機用鐵氧體永磁無刷直流電機樣機；針對風機用電機驅動系統的調速及各種保護要求，基于降低成本的原則，設計制造永磁無刷直流電機的驅動系統。這一設計為基于專用集成芯片的小功率無刷直流電機的調速控制系統，并進行了試制、調試及試驗。實驗表明了系統具有簡單和優越的控制性能，適于小功率無刷直流電機的控制。 樣機實測數據表明外轉子永磁無刷直流電機用于驅動小功率風機具有良好的性能、較低的成本，具有進行產業化生產的優勢。
上傳時間： 2013-04-24
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音響技術發展到今天，音頻功率放大器得到了極大的發展。而一個好的功放必須有一個好的能量來源。一般來說功放電源的成本占功放成本的一半左右，可見電源在功放中的重要性。 本文提出了一種功放電源設計方案，并進行了一些理論上的分析，仿真研究和實驗調試，具體包括以下幾個方面： 對前級的APFC(有源功率因數校正)部分提出一種基于單周控制(OCC)原理的新技術，對此電路的理論進行詳細的分析。對電路的元件以及儲能電感等都進行了計算，并進行了仿真實驗最后完成電路設計與調試。 針對功放電源對瞬態響應，頻率響應，負載調整率以及電源調整率的高條件要求，本文提出利用LLC諧振變換器技術滿足該功放實現大功率設計需要的目的，由于將主電路的工作頻率取到100KHZ以上，這樣的設計也將反應時間提高到微秒級別，電源變化的噪聲將不會出現音頻輸出；并且LLC諧振變換器軟開關電源技術也大大地提高了電源效率。仿真和實驗結果表明，LLC諧振變換器能滿足功放電源的要求。
上傳時間： 2013-04-24
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自上世紀初以來，電力發電、輸配電系統都是三相系統。因此，大多數電機調速系統都是由三相電機與三相變頻器構成的。但是目前三相電機的地位已經受到一定的挑戰，一是在低壓大功率的傳動場合，二是在對系統可靠性要求很高的場合。而多相電機調速系統除了可以用低壓功率器件實現大功率等級外，具有多相冗余結構使調速系統的可靠性得以改善。因此，多相電機調速系統的研究受到日益廣泛的關注。 和常規的三相感應電機相比多相感應電機有著許多優點，例如多相感應電機在一相或多相定子繞組開路和短路時仍然可以起動或繼續運行，轉矩脈動小，轉子損耗小，運行性能好，可以在不提高相電壓的情況下增加電機的容量，比較適合應用于艦艇推進系統等方面。 本文在傳統的三相電機調速系統的基礎上，致力于研究多相電機調速系統，以多相感應電機為主要研究對象，進行了深入的研究，主要包括以下幾個方面： 1、對多相電機調速系統作了較為全面的綜述，介紹了多相電機調速系統的特點和國內外研究現狀。 2、研究了多相感應電機的基本結構。從電機的繞組連接方式入手，對多相感應電機進行了諧波分析，從理論上證明了多相電機相對于三相電機在減小諧波含量方面的優越性，同時探討了多相感應電機的數學模型。 3、在三相感應電機電磁設計程序的基礎上整理推導了多相感應電機的電磁設計程序，并用Visual C＋＋編程語言開發了多相感應電機的電磁設計軟件。 4、對多相感應電機的電磁場進行了詳細的分析，運用電磁場有限元分析軟件Maxwell 2D對本論文中的樣機的瞬態磁場進行分析，分析結果同用VC所編寫的電磁設計程序的計算結果進行比較，驗證了所設計樣機數據的合理性。
上傳時間： 2013-07-30
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為設計高性能、低損耗的電機，需要準確地分析電機鐵耗。本文從鐵磁材料的磁化特點出發，以分離鐵耗模型為基礎，對交變磁化以及旋轉磁化條件下鐵磁材料和電機的鐵耗進行分析和計算，分別從理論和實踐角度著重就電機鐵耗計算和測量中的一些相關問題作了深入研究。 按照分離鐵耗模型，鐵心損耗可以分成磁滯損耗、渦流損耗和異常損耗。本文首先從交流磁滯回線的產生機理出發，在Preisach靜態磁滯模型的基礎上，利用極限磁滯回線的對稱性，采用人工神經網絡技術，建立了Preisach人工神經網絡磁滯仿真模型，實現了對鐵磁材料交流磁滯回線的理論計算，為磁滯損耗的理論分析和計算奠定了基礎；為對交流磁滯回線進行實測，本文給出了一種采用愛潑斯坦方圈測量鐵磁材料交流磁滯回線與磁滯損耗的新方法，該方法克服了環形樣片測量法的不足，操作簡單，且測量精度高，具有較好的實用價值。利用該方法得到的實驗數據很好地驗證了理論計算結果。 對渦流損耗以及異常損耗的計算模型，本文系統地給出了其推導過程，對模型中的參數進一步加以明確，并對模型的特點進行了分析。鐵磁材料異常損耗計算模型是基于統計學原理推導而來的，模型中參數的確定涉及到鐵磁材料的微觀特性，本文給出了通過實驗確定其參數的具體方法；考慮到工程中異常損耗計算模型是其理論模型的簡化形式，文中對兩者的差別進行了分析。 在分析電機鐵耗時，既要考慮鐵心材料本身的損耗特性，也要考慮電機供電方式以及鐵心中磁場變化等因素對鐵耗的影響。在對鐵磁材料損耗特性分析的基礎上，本文考慮到局部磁滯回環對電機鐵耗的影響，推導了計及局部磁滯作用的電機鐵耗模型，并從理論上對C.P.Steinmetz的磁滯損耗經驗公式進行了驗證，從而明確了公式中經驗系數的物理意義；同時通過實驗研究，分析了磁化頻率對磁滯損耗系數的影響，提出了在磁化頻率較高時分段確定磁滯損耗系數的方法；考慮到現代電機控制策略以及供電方式的多樣性，本文對正弦波、方波以及三角波電壓供電時鐵心材料的交變鐵耗模型分別進行了推導，給出了其解析表達式，并通過實測證明了模型的有效性；對SPWM這類應用較為廣泛的非正弦供電方式，推導了電機交變損耗的一般計算模型，分析了SPWM變頻器供電時電機鐵耗與變頻器參數的關系，給出了其關系的數量表達式; 同時采用改進的愛潑斯坦方圈試驗平臺對非正弦供電條件下的鐵磁材料損耗和電機鐵耗進行了實驗研究。 考慮到電機鐵心制造過程中沖壓對鐵心材料特性的影響，本文提出了一套簡便的對鐵磁材料進行沖壓影響研究的實驗方法，利用該方法，有效地對材料的沖壓影響特性進行了分析。在實驗研究的基礎上，本文推導了考慮沖壓影響時的鐵磁材料損耗的修正系數，從而在傳統交變鐵耗分離模型的基礎上，建立了計及沖壓影響的電機鐵耗計算模型。對模型中引入的沖壓影響修正系數，給出了詳細的推導過程和明確的計算方法，從而使傳統的經驗修正方法得到改善。 在旋轉電機中，除交變磁化外，同時還存在大量的旋轉磁化。本文對旋轉磁化的物理機理進行了初步探討，分析了旋轉磁化條件下的損耗特點，系統介紹了當前鐵磁材料旋轉磁化性能以及旋轉磁化損耗實驗測量和理論計算的方法和手段。 在以上鐵耗理論的基礎上，充分考慮鐵心的非線性及磁滯特性，本文建立了一般條件下的鐵心動態電路模型，并將該模型應用于異步電動機鐵心等效電路中，推導了異步電動機動態鐵耗的分離等效電阻。以一臺三相異步電動機為樣機，采用以上鐵耗的動態分離等效電阻，有效地對電機鐵耗進行了分離，從而為深入研究電機的動態鐵耗特性提供了便利。 論文最后以一臺永磁無刷直流電機為例，對電機的運行特性以及鐵心損耗進行了分析計算。分析中應用場路結合法，建立了永磁無刷電機換流等效電路模型，采用鏡像法建立了深槽無刷電機電樞反應分析模型；在電機鐵耗分析中，推導了考慮旋轉磁化的電機鐵耗工程計算模型，對樣機鐵耗進行了理論計算，并通過構建實驗平臺，對旋轉磁化條件下的樣機空載鐵耗進行了測量，最終理論值與實測值吻合良好，證明了上述方法的有效性。
上傳時間： 2013-07-02
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電動摩托車具有零排放、低噪聲等優點，是真正的綠色環保輕型交通工具，它以方便j快捷等特點被越來越多的人們所接受，成為大中城市公共交通的理想補充。而無刷直流電動機以其控制簡單、可靠性高、輸出轉矩大等優點，被大量地用作電動摩托車驅動電機。本文主要研究基于AVR單片機的電動摩托車控制技術。 首先，分析了電動摩托車的發展趨勢，以及無刷直流電動機能在電動摩托車驅動領域得到廣泛應用的原因，并探討了電動摩托車無刷直流驅動電機的控制方法。 其次，在分析無刷直流電動機工作原理的基礎上，構造了無刷直流電動機的數學模型，確立了通過PWM調節改變電樞電壓的大小來調節轉速的控制策略。 第三，采用ATMEL公司的ATmega88單片機為控制核心，設計了包括電流檢測與保護、位置信號檢測、功率開關管驅動、電源轉換和電壓采樣與欠壓保護等一系列硬件電路，充分利用了ATmega88單片機成本低、功能豐富、運算能力強等優點，簡化了控制電路，提高了控制系統的可靠性，降低了控制成本。 第四，采用C語言編寫了控制程序，完善了控制功能，實現了軟、硬件控制方法的結合。使用ICC-AVR集成開發環境和SL-ISP在線編程，降低了開發成本；采用模塊化設計方法設計控制程序，提高了程序的可維護性。完成的功能模塊主要包括啟動與換相模塊、電動機轉速調節模塊、過電流與堵轉保護模塊、欠電壓保護模塊和定速巡航模塊等。 最后，對開發的控制系統進行了調試，并對實驗結果進行了分析。結果表明，控制系統運行可靠、實時性好，證明ATmega88單片機適合用作電動摩托車驅動電機的控制芯片。
上傳時間： 2013-05-20
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隨著現代化工業生產的不斷發展，更高的調速精度、更大的調速范圍和更快的響應速度成為永磁同步電機調速系統的迫切要求，數字化控制系統正代表著這一發展方向。高性能數字信號處理器(控制器)的出現、電機控制理論以及電力電子器件的發展都為數字化控制的實現創造了條件。本文采用Microchip公司專用于電機控制的dsPIC30F3011型數字信號控制器(DSC)為核心，開發了用于電梯門機控制的數字化永磁同步電機矢量控制系統，并在硬件實驗平臺上獲得了驗證。 本文首先在永磁同步電機數學模型的分析基礎上，深入的研究了永磁同步電機的矢量控制的原理和常用控制策略。接著，經過比較各種矢量控制策略的優缺點，確定了i<,d>=0的控制策略和空間矢量脈寬調制(SVPWM)的電壓調制方法。文中對空間矢量脈寬調制(SVPWM)的原理及實現方法進行了詳細的闡述，并在此基礎上提出利用查表實現SVPWM控制的算法。然后，論文詳細論述了控制電路各部分及外圍輔助電路的設計和調試。軟件開發均在Microchip的MPLAB IDE集成開發環境下完成，軟件采用C語言編寫，實現了帶位置傳感器的速度閉環和位置閉環矢量控制，并給出了系統主程序及定時中斷服務程序的流程圖。永磁同步電機矢量控制的主要控制策略如轉子初始位置檢測、速度采樣計算及PI調節、SVPWM查表實現方法等都在定時中斷服務程序中完成。最后在硬件平臺上，對軟件進行系統調試，試驗表明本矢量控制系統能夠有效滿足電梯門機的控制需求，從而證明了系統設計的可行性。 在論文的最后，對全文的工作做了總結，并提出了系統需要進一步完善的地方。
上傳時間： 2013-06-27
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近年來，隨著人們生活的改善，機動車輛得到迅速發展，其排放的尾氣己造成城市空氣嚴重污染，一些城市相繼制定法規限制摩托車和燃油助力車的使用來保護環境。于是發展綠色交通工具已成為一個重要的課題。電動車具有輕便、無污染、低噪音和價格低廉的特點，成為比較理想的交通工具。開關磁阻電機的結構簡單、控制靈活、可靠性高、能在較寬的速度范圍內高效運行、而且堅固耐用，適合于在惡劣條件下應用等特點決定了其非常適合于車輛負載。 本文主要研究四相8/6極開關磁阻電機傳動系統在兩輪電動車中的應用，設計了以AVR單片機為主控芯片的電動車控制器。1.根據開關磁阻電機的結構和工作原理，建立了SR 電機的數學模型，分析并確定了開關磁阻電機的位置信號檢測方法，制定了該系統使用的控制策略：采用轉速外環、電流內環的雙閉環控制，通過AVR單片機片內定時器/計時器T/C2輸出的PWM斬波調壓間接地調節電流以控制電機的轉速。2.以AVR單片機為核心，設計了開關磁阻電機控制系統的各硬件電路，主要有電源轉換電路和電壓采樣電路、系統功率電路及MOSFET驅動電路、位置信號檢測電路和電流檢測與保護電路。3.在硬件電路的基礎上設計了系統的控制軟件，并對電動車的剎車、過流保護、欠壓保護和定速巡航等功能加以改善和提高。最后對所開發的系統進行了調試，通過實驗得到的速度電流波形證實了該控制器的可行性。
上傳時間： 2013-07-25
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