永磁同步電動機以其效率和功率因數高而在油田抽油機、風機水泵、礦山機械等場合有廣闊的應用前景.為了取代油田抽油機上配置不合理的感應電動機,該文研究了提高永磁同步電動機轉矩、效率和功率因數、擴大經濟運行范圍的措施,分析了永磁體分散性和使用環境對永磁同步電動機性能的影響,并且試制了一臺樣機,對其進行了試驗研究.該文的主要研究工作如下:1、對永磁同步電動機的轉矩進行了分析和研究;2、提出了提高效率和功率因數、擴大經濟運行范圍的技術關鍵;3、分析了使用環境和永磁體分散性對永磁同步電動機性能的影響;4、研制了一臺22kW、6極永磁同步電動機樣機,并進行了試驗研究.
上傳時間： 2013-07-23
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該文通過大量的文獻資料閱讀,對永磁同步電機及其相關技術的發展、現狀和趨勢有了一個比較全面的理解,在此基礎上,詳細分析了永磁同步電機轉矩直接控制的機理,并提出了一套相應的轉矩直接控制方案,建立了仿真和試驗平臺,進行了仿真分析和實驗研究,獲得了有價值的研究成果.該文的主要內容包括:(1)由空間矢量模型推導出永磁同步電機的磁鏈、電壓和轉矩的公式,描述了永磁同步電機轉矩直接控制的基本控制機理,分析了永磁同步電機與感應電機的轉矩直接控制方式上的不同之處以及轉矩直接控制對永磁同步電機的要求.(2)在對永磁同步電機運行機理的分析基礎之上,討論了永磁同步電機轉矩直接控制系統中各個控制子模塊的功能和具體的實現方式,提出了一套永磁同步電機轉矩直接控制的具體實施方案,并根據這套方案建立了基于Simulink(Matlab)的永磁同步電機轉矩直接控制仿直模型,對所出的控制方案進行了仿真分析.(3)在理論研究的基礎之上,設計研制了一套基于DSP+IPM的永磁同步電機轉矩直接控制實驗系統,編寫了控制程序軟件,進行了永磁同步電機運行實驗.
上傳時間： 2013-05-29
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該論文在研究永磁同步電動機運行原理的基礎上詳細討論了其變頻調速的理論并且設計了一套基于DSP的永磁同步電動機磁場定向矢量控制系統.永磁同步電動機相對感應電動機來說具有體積小、效率高以及功率密度大等優點,因此自從上個世紀80年代,隨著永磁材料性能價格比的不斷提高,以及電力電子器件的進一步發展,永磁同步電動機的研究也進入了一個新的階段.永磁同步電動機既區別于感應電動機又與電勵磁同步電動機相比有自身的特點,因此該論文首先從永磁同步電動機的本身出發,討論了其穩態運行原理,分析了永磁同步電動機的轉矩特性、功率特性及效率.矢量控制理論的發明是交流調速領域中的一個重大突破,該論文詳細討論了永磁同步電動機的矢量控制,在推導其精確數學模型的基礎上分析了矢量控制理論用于永磁同步電動機控制的幾種電路控制策略,包括了i<,d>=0控制、cosψ=1控制,以及最大轉矩/電流控制方式,并且開發出基于DSP的全數字永磁同步電動機的矢量控制系統,給出了其軟、硬件的設計方案.弱磁控制是永磁同步電動機矢量控制又一方面,論文分析了永磁同步電動機弱磁調速的原理以及弱磁擴速困難的原因,并由此提出了兩種特殊轉子結構的新弱磁方案.直接轉矩控制是繼矢量控制后交流調速領域的又一個高性能控制方法,論文最后討論了直接轉矩控制理論在永磁同步電動機控制上的運用,并使MATLAB工具對永磁同步電動機的直接轉矩控制系統進行了仿真研究,仿真結果表明,直接轉矩控制具有動態性能好,靜差小以及魯棒性好的特點.
上傳時間： 2013-07-06
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傳統的直流電機一直在電機驅動系統中占據主導地位，但由于其本身固有的機械換向器和電刷導致電機容量有限、噪音大和可靠性不高，因而迫使人們探索低噪音、高效率并且大容量的驅動電機。隨著電力電子技術和微控制技術的迅猛發展而成熟起來的直流無刷電機具有體積小、重量輕、效率高、噪音低、容量大且可靠性高的特點，從而使其極有希望代替傳統的直流電機成為電機驅動系統的主流。 模糊控制器具有魯棒性好、抗干擾能力強的優點。論文提出了基于轉速環模糊邏輯控制理論的直流無刷電機的控制系統設計方案，保證了伺服控制系統具有優良的靜動態特性，因而滿足更多應用場合的需要。 論文具體包括以下幾個部分工作： 首先，從電機本體和控制角度出發，闡述了直流無刷電機在實際應用中需要解決的關鍵性問題：電磁轉矩脈動。詳細分析了電磁轉矩脈動產生的各種原因，特別是分析了相電流換向所產生的紋波轉矩脈動。 其次，本文對無刷直流電動機的工作原理進行了詳盡的分析，建立了三相無刷直流電動機的數學模型。并利用MATLAB/SIMULINK軟件建立了三相無刷直流電動機的控制系統仿真模型。仿真模型采樣的是電機控制系統中常用的雙環系統(轉速—電流雙閉環控制)。為了提高系統的靜動態特性，轉速外環采用模糊PI調節器，電流內環采用PI調節器。轉子位置通過直流無刷電機感應電勢檢測，仿真結果表明了該仿真模型控制系統與理論分析完全吻合，從而證明了模型的有效性。 然后，初步設計了伺服系統的實驗圖。以TI公司生產的TMS320LF2407數字信號處理器(DSP)作為整個控制電路的核心芯片，一臺40w的直流無刷電機作為被控對象，完成了伺服系統的轉速控制。 最后，對未來的工作給予了展望，并對全文的內容進行了總結。
上傳時間： 2013-04-24
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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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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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本課題的研究工作主要圍繞機床用永磁交流伺服電動機設計展開，所做的主要工作包括以下幾個部分： 首先，釹鐵硼永磁材料導電率較高、耐熱性能較差，當電機氣隙磁場諧波含量較大時，永磁體中就會感應出渦流形成渦流損耗導致永磁體發熱。因此，有必要對轉子永磁體內的渦流進行計算和分析。本文分析了永磁同步電動機轉子永磁體內渦流產生的原因，建立渦流的數學模型并推導出永磁體渦流損耗的計算公式。用ANSOFT有限元軟件建立電動機的物理模型進行電磁場求解，結合路的計算公式算出永磁體的渦流損耗。 其次，運行平穩性是伺服電動機的一項重要的性能指標，而轉矩波動的大小直接影響運行平穩性。本文分析了機床用永磁交流伺服電動機轉矩波動產生的原因，運用轉矩波動計算公式結合ANSOFT有限元軟件，計算比較相同功率、相同極數不同槽數時，電動機的轉矩波動情況。通過比較計算出的轉矩波動百分比的大小，選擇所設計電動機的極槽配合，以提高機床用永磁交流伺服電動機的運行性能。 最后，完成機床用永磁交流伺服電動機基本結構尺寸以及電磁參數的選取，利用有限元軟件，分析計算氣隙長度變化對失步轉矩倍數和永磁體用量的影響，以及永磁體寬度對氣隙磁密波形的影響，以此合理選擇氣隙長度和永磁體的寬度，使電動機的性能更優良。在上述研究的基礎上，本文設計了一臺0.9kW，8極36槽的機床用永磁交流伺服電動機樣機，并對其性能進行了測試，測試結果表明，電機的性能指標達到了預期的要求，證明了電機設計過程理論分析計算的正確性。
上傳時間： 2013-06-13
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本文在參考了國內外已有多自由度球電機的基礎上,提出了正交圓柱結構的兩自由度電機,它是獨立設計的一種創新結構.此電機可分解為兩個獨立的兩相混合式步進電機:分別為內層小電機(外轉子兩相混合式步進電機)和外層大電機(扇形結構的兩相混合式步進電機).本文以兩自由度電機為對象,采用"齒層比磁導法",對電機的矩角特性進行計算和分析,用得到的矩角特性與設計要求相比較,從而為優化尺寸設計提供參考.
上傳時間： 2013-07-19
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裝備多個電機的分布式驅動電動車，由于其特殊的布置形式而在提高汽車操縱穩定性方面具有令人矚目的潛力。本課題針對雙電機分布式驅動電動車中速度位置傳感器信號的處理，以及實施車體穩定性控制的上位機與電機控制器間信息交換開展了研究。 雙電機分布式驅動電動車中使用了旋轉變壓器作為電機轉子(車輪)速度位置傳感器。本文采用旋轉變壓器/數字轉換器(RDC)芯片AD2S90實現旋變信號的解調，此方案成功應用在分布式驅動電動車永磁同步電機控制系統中；同時提出了使用TMS320F2812，運用過采樣、數字濾波技術直接解調旋變信號的軟件方案，此方案的優點在于省去了RDC芯片的成本，同時可以方便的改變算法參數，在系統硬件、軟件算法時間耗費和濾波特性之間做出靈活的選擇。 采用CAN總線通訊技術實現上位機與兩電機控制器間的轉矩和速度信息交換。課題進行了車體CAN通訊軟硬件設計。基于CAN總線的分布式驅動電動車運行穩定，電機轉矩響應迅速。CAN通訊滿足了車體穩定性控制的實時性和可靠性要求，同時具有極佳的擴展能力。
上傳時間： 2013-07-07
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在早期階段，直流調速系統在傳動領域中占統治地位。然而，從60年代后期開始，交流電動機在工業應用領域正在取代直流電動機，交流傳動變得越來越經濟和受歡迎。永磁交流伺服系統作為電氣傳動領域的重要組成部分，在工業、農業、航空航天等領域發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中參數變化對電機性能的影響，以永磁同步電機為例，圍繞如何通過參數辨識來提高永磁同步電動機的控制性能，借助自行開發的全數字永磁交流伺服系統平臺，對永磁同步電動機的磁場定向控制，參數辨識，神經網絡和擴展卡爾曼濾波在控制系統中的應用，抑制轉矩脈動，提高系統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的基本結構出發，對通過參數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，提出了多種參數辨識方法。主要內容如下： 1、基于定子磁鏈方程，建立了永磁同步電動機的一般數學模型。經坐標變換，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。經對永磁同步電動機系統進行分析，推導并建立了id=0控制時整個電機系統的數學模型。 3、基于超穩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，考慮電機參數的時變性，對永磁交流伺服系統的繞組電阻和電機負載轉矩辨識進行了研究，以保持系統的動態性能。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、人工神經網絡具有很強的學習性能，經過訓練的多層神經網絡能以任意精度逼近非線性函數，因此為非線性系統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的神經網絡控制方案，同時應用人工神經網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，仿真證明和傳統的控制方法相比，以電機輸出轉速為指導值和目標函數的神經網絡控制方案能有效地提高神經網絡的收斂速度，能有效地改善控制系統的動態響應，具有跟蹤性能好和魯棒性較強等優點。 5、電機的參數會隨著溫升和磁路飽和發生變化，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辨識的耦合。電機狀態方程由于存在狀態變量的乘積項，對電機參數辨識以后，仍然是非線性方程，為了對電機狀態方程進行狀態估計，得到電機的參數辨識值，本文采用擴展卡爾曼濾波進行狀態估計，對以上方法的仿真實驗得到了滿意的結果。 6、本文基于數字電機控制專用DSP自行開發了全數字永磁交流伺服系統平臺，通過軟件實現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具有良好的靜、動態性能。
上傳時間： 2013-07-28
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