直接轉矩控制技術，是繼矢量控制技術之后出現的又一種新的控制思想，其控制手段直接，系統(tǒng)響應迅速，具有優(yōu)良的靜、動態(tài)特性，系統(tǒng)魯棒性好，因而受到了普遍關注并得到了迅速發(fā)展。 本論文從交流調速技術的發(fā)展開始，分析了異步電機直接轉矩控制的基本原理，推導了u-l、i-n兩種磁鏈模型，并對這兩種磁鏈模型的適應范圍和特點進行了分析，然后推導了在全速范圍都適用的u-n模型。u-n模型的特點是：低速下工作于i-n模型，高速下工作于u-i模型，高低速之間自然過渡，加之引入電流調節(jié)器對電流觀測值進行補償，大大提高了模型的觀測精度。 然后以交流電力機車為例，介紹了直接轉矩控制技術在交流調速系統(tǒng)中的應用，并根據電力機車的牽引特性，設計了不同的控制策略： (1)低速區(qū)：采用圓形磁鏈的直接轉矩控制； (2)高速區(qū)：采用六邊形磁鏈的直接轉矩控制； (3)弱磁區(qū)：通過改變磁鏈給定值來調節(jié)轉矩，實現恒功率調節(jié)。 同時應用MATLAB/SIMULINK軟件建立了直接轉矩控制系統(tǒng)的仿真模型，并得出了仿真結果，驗證了該方法的正確性。 最后介紹了無速度傳感器的直接轉矩控制方法，推導了基于模型參考自適應(MRAS)理論的轉子轉速的辨識方法，建立了轉子轉速的辨識模型，并得到了仿真結果。
標簽： 直接轉矩 控制技術 交流調速系統(tǒng)
上傳時間： 2013-04-24
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異步起動永磁同步電動機有別于調速永磁同步電動機，轉子上設有起動繞組，具有在某一頻率和電壓下的自行起動能力，同傳統(tǒng)的三相感應電動機相比，具有在寬負載范圍內效率高、功率因數高的優(yōu)點，符合國家“節(jié)能環(huán)保”的指導方向，有廣泛的應用前景。 這種電機自問世以來，就受到普遍關注與重視，經過二十幾年的研究與發(fā)展，三相異步起動永磁同步電動機的設計技術逐漸成熟，并且已經開始被用于某些工業(yè)場合，但由于轉子磁路結構相對復雜，電動機的優(yōu)化設計方法尚不完善，因而一直以來未得到大范圍內的推廣和應用。 本課題以此為切入點，以小功率三相異步起動永磁同步電動機的批量生產為目標，本著轉子結構盡可能簡單、加工工藝盡可能簡化、同時電機性能盡可能提高的原則，對異步起動永磁同步電動機的優(yōu)化設計方法進行研究。在研究過程中，作者應用Maxwell、Magneforce和Magnet等電機設計仿真軟件，系統(tǒng)分析了永磁體的嵌放深度、定轉子的齒槽配合、以及定轉子的磁路飽和等問題對電機性能的影響，最終設計并制成一臺容量為1.1kW的四極徑向磁路式異步起動永磁同步電動機，樣機的性能測試實驗結果與仿真所得結果吻合，成本預算與各方面性能指標均滿足設計需求。 在樣機制成后，作者進一步對樣機的設計進行了優(yōu)化，實驗結果證明所設計異步起動永磁同步電動機完全可以替代同規(guī)格的1.1kW，Y90S-4感應電動機。
上傳時間： 2013-07-31
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本文首先介紹無刷直流電機原理及其常用的控制方法。在建立了無刷直流電機數學模型的基礎上，構建了MATLAB環(huán)境下控制系統(tǒng)的仿真模型，并對各個仿真模塊進行了分析。設計了無刷直流電機控制系統(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。針對雙閉環(huán)無刷直流電機調速系統(tǒng)，深入研究了基于串級PI控制的控制策略，給出了參數選擇方法，并進行了仿真分析。根據所設計的硬件電路及采用的控制策略，編制了相應的控制系統(tǒng)軟件。系統(tǒng)軟件由物理層和應用層組成。物理層的程序模塊是基本的硬件功能實現模塊，包括啟動按鍵讀入模塊、ADC模塊、故障顯示模塊、中斷模塊。應用層程序調用物理層程序模塊，通過一定的算法邏輯，實現整個系統(tǒng)軟件的功能。最后對無刷直流電機控制系統(tǒng)進行了調試。給出了系統(tǒng)運行中的電壓、速度和電流等信號的實測波形，并進行了分析。調試結果表明，該系統(tǒng)穩(wěn)定可靠，具有良好的調速性能，達到預期的效果。
上傳時間： 2013-07-11
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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、分析的技術已經相對成熟，在此基礎上研發(fā)出的各種調速系統(tǒng)已經在工業(yè)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(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、易于工程實現等優(yōu)點至今仍被廣泛采用。在系統(tǒng)模型參數變化不大的情況下，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(yōu)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(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學模型，對參數變化和負載擾動不敏感。系統(tǒng)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(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速系統(tǒng)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(yōu)良的動、靜態(tài)性能。
上傳時間： 2013-04-24
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在早期階段，直流調速系統(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(fā)的全數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，參數辨識，神經網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(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(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(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(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(tài)方程由于存在狀態(tài)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(tài)方程進行狀態(tài)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(tài)估計，對以上方法的仿真實驗得到了滿意的結果。 6、本文基于數字電機控制專用DSP自行開發(fā)了全數字永磁交流伺服系統(tǒng)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(tǒng)具有良好的靜、動態(tài)性能。
標簽： 電機 傳動系統(tǒng) 參數辨識
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調速裝置實現小功率直流電機調速
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速系統(tǒng)；最后給出了相關的實驗結果和結論。 根據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速控制系統(tǒng)，可以實現電機的平滑起動、無振動和失步現象，具有良好的調速性能。
標簽： 無位置傳感器 控制系統(tǒng) 無刷直流
上傳時間： 2013-04-24
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異步電動機變頻調速系統(tǒng)的頻率范圍、動態(tài)響應、調速精度、低頻轉矩、工作效率等方面具有很大優(yōu)點。隨著電力電子技術和計算機技術的飛躍發(fā)展，以此為基礎的交流電機變頻調速技術也取得了長足的進步，基于SVPWM的異步電動機矢量控制系統(tǒng)作為現代交流傳動控制的一個重要研究方向，逐漸成為研究的熱點。 異步電動機調速系統(tǒng)是一個多變量、強耦合的非線性系統(tǒng)，雖然常規(guī)的PID控制算法簡單、可靠性高，但對于異步電動機這樣的非線性系統(tǒng)控制效果一般。模糊控制作為智能控制的一個重要的分支，由于不需要建立對象的精確數學模型，且具有良好的魯棒性和非線性的控制特性，非常適用于異步電動機調速系統(tǒng)。本文以提高異步電動機的調速精度和改善電動機的使用效率為目標，基于SVPWM的控制原理，分別采用傳統(tǒng)PID控制器和模糊PID控制器，應用在異步電動機的調速系統(tǒng)中。 本文首先介紹了異步電動機調速方法和逆變器的PWM控制方法。并闡述了矢量控制、坐標變換、空間電壓矢量調制的基本原理，給出了異步電動機在不同坐標系下的數學模型，為設計異步電動機矢量控制系統(tǒng)奠定了基礎。同時給出了傳統(tǒng)PID控制器和模糊PID控制器模型。為驗證控制效果，文中基于MATLAB/Simulink平臺，建立了控制器的計算機仿真模型，給出了仿真結果，并對結果做了詳細的分析。比較了傳統(tǒng)PID控制和模糊PID控制的效果，由仿真結果可以看出采用模糊PID控制算法具有較大的優(yōu)越性。 最后，以TI公司的DSP控制芯片TMS320F2812為控制核心，設計了異步電動機的控制系統(tǒng)，硬件系統(tǒng)主要包括主電路、功率驅動電路、電壓、電流檢測電路等電路。另外設計了控制軟件，并給出了軟件的流程圖。通過實驗測得的波形，驗證了控制方法的正確性和有效性。
標簽： 異步電動機 變頻調速系統(tǒng)
上傳時間： 2013-05-17
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空調壓縮機是空調器的核心部件。傳統(tǒng)定速空調器中壓縮機多采用單相異步電動機，對電機采用簡單的開關式控制，電能損耗、室溫波動及噪音都很大，壓縮機容易受沖擊損壞。隨著人們生活水平的提高及能源短缺問題的出現，將變頻調速技術應用于空調器中，將變頻壓縮機取代傳統(tǒng)定頻定速壓縮機，對其進行變頻調速將使壓縮機減少開停次數，降低室溫波動，提高舒適度，獲得了更好的空氣調節(jié)效果和實現節(jié)能降耗的要求。 空調系統(tǒng)是一個典型的多輸入多輸出、具有大滯后特性的菲線性系統(tǒng)。要對空調壓縮機進行變頻調速，需要根據房間溫度的變化得出壓縮機的頻率值。由于空調系統(tǒng)精確的數學模型難以取得，且時間常數較大，傳統(tǒng)的PID調整不僅費時費力，性能指標也不能令人滿意。因此，將模糊控制技術引入空調壓縮機的變頻調速控制，建立模糊控制器，以房間溫度的變化和變化率為輸入，壓縮機的頻率為輸出。對于提高空調系統(tǒng)的控制精度、穩(wěn)定性和可靠性，無論從學術研究角度出發(fā)，還是在工程應用方面，都具有相當的現實意義。 本文分別從三相異步電動機的變頻調速技術、變頻空調控制策略等方面進行了探討分析。首先將模糊控制技術應用到空調壓縮機變頻調速中，根據建立模糊控制規(guī)則的基本思想及實際運行經驗，通過模糊控制技術使空調壓縮機具有自調整的智能特性，從而得出最佳的動態(tài)控制參數，克服了PID控制器控制精度較低、消除穩(wěn)態(tài)誤差能力差的缺點。 然后詳細闡述了SVPWM的基本原理，對空間矢量調制（SVPWM）方式及其實現方法進行了探討。在變頻壓縮機的控制中采用先進的SVPWM調制技術，壓縮機能根據室內需要的冷（熱）量不同，連續(xù)地、動態(tài)地、實時地調整其制冷（熱）量，始終保持在較合理的運轉狀態(tài)下。能夠進一步提高電壓的利用率和頻率分辨率，并使壓縮機運行更加平穩(wěn)，提高空調的效率，達到節(jié)能降耗的效果。
上傳時間： 2013-04-24
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本文設計的變頻調速恒壓供水系統(tǒng)由上位機、PLC、變頻器、壓力變送器等組成。本系統(tǒng)包含三臺水泵電動機，采用通用變頻器來實現對三相水泵電動機組的軟啟動和變頻調速，運行切換采用“先開先停”的原則。壓力變送器檢測當前水壓信號，送入PLC與設定值經PID比較運算，從而控制變頻器的輸出電壓和頻率，進而改變水泵電動機組的轉速來改變供水量，最終保持管網壓力恒定在設定值附近。把模糊控制算法引入到控制系統(tǒng)中，從而改善了系統(tǒng)的靜動態(tài)特性。 模糊控制是一種不依賴于被控過程數學模型的仿人思維的控制技術。它可以利用領域專家的操作經驗或知識建立被控系統(tǒng)的模糊規(guī)則，有較好的知識表達能力。但傳統(tǒng)的模糊控制同PID算法一樣，均為“事后調節(jié)”，因而對大遲延對象的控制效果不是很理想。預測控制的核心是不僅注意過去及現在的目標值，而且注意將來的目標值，使受控量和目標值的偏差盡可能地小，從而提高系統(tǒng)的控制性能。預測控制和模糊控制是各自獨立發(fā)展起來的兩類控制方法，在二者充分發(fā)展的基礎上，提出將預測的思想和模糊的思想結合起來，形成一種新的控制方法——模糊預測控制FPC。 本文將FPC技術應用于供水系統(tǒng)，設計出自調整修正因子模糊PID控制器，克服了傳統(tǒng)PID控制設計中的參數調整困難的問題。模糊PID控制是在大誤差范圍內采用模糊控制，以提高動態(tài)響應速度；在小誤差范圍內采用PID控制，引入積分控制作用以消除靜態(tài)誤差，提高控制精度。本設計通過變頻調速實現恒水壓控制，并針對系統(tǒng)的時滯特點采用Smith預估控制器進行補償。利用Matlab對其模型進行仿真，仿真結果與傳統(tǒng)控制算法相比較，該算法具有魯棒性好，實現簡單，易于在線調整等優(yōu)點，系統(tǒng)響應曲線沒有超調，系統(tǒng)的建立時間比較短，抗干擾能力強。 通過對上位機和PLC之間通信的分析和研究，完成了上、下位機的通信設置，給出了上位機監(jiān)控程序編寫方法，通過通信模塊實現了對供水系統(tǒng)的遠程監(jiān)控及故障報警。 所開發(fā)的系統(tǒng)將FPC與PLC相結合，克服了傳統(tǒng)的調節(jié)器的缺點，充分發(fā)揮了PLC控制靈活、編程方便、適應性強的優(yōu)點，提高了控制的精確度。實驗結果表明，該系統(tǒng)能對異步電動機轉速實現精確控制，實用性強，具有一定的推廣價值。
標簽： PLC FPC 變頻調速系統(tǒng)
上傳時間： 2013-05-19
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