永磁同步電機是同步電機的一個重要類型，其轉子一般采用稀土永磁材料做激磁磁極，與傳統同步電機相比，體積和重量大為減小，而且結構簡單，運行可靠，維護更方便。現代電氣傳動控制的發展趨勢之一是開發新的交流調速與伺服系統。無論在矢量控制還是標量控制中，轉速與位置的閉環控制都需要在電機軸上安裝一個速度傳感器，但是由于速度傳感器的引進不僅增加了成本，降低了系統可靠性，還存在安裝問題，效果并不十分理想。因此高性能無速度傳感器控制成為近年來電機研究的熱點。 本文在系統介紹卡爾曼濾波器的基礎上，將其引入到永磁同步電機無速度傳感器狀態觀測中。由于永磁同步電機是一個強耦合的多階非線性系統，本文采用了工程實際中普遍采用的泰勒展開式截斷的方法，對電機方程線性化處理，將卡爾曼濾波算法推廣至非線性系統，并加入了反映電機系統模型誤差和環境干擾的系統噪聲和測量噪聲模型，形成擴展卡爾曼濾波算法。擴展卡爾曼濾波器將電機轉子位置與轉速作為系統狀態變量進行實時估算，并將所得信息反饋到永磁同步電機控制系統中。通過仿真，與電機實際運行狀態進行比較，證明了擴展卡爾曼濾波具有良好的動態跟蹤能力和抗噪聲能力。 針對擴展卡爾曼濾波算法在無速度傳感器控制中存在的不足，本文給出了降階線性卡爾曼濾波算法。降階線性卡爾曼濾波算法重新選擇了系統狀態變量，建立新的完全線性化的系統方程，并且卡爾曼濾波算法中的系統協方差矩陣成為時不變序列，因此可以直接應用線性卡爾曼濾波算法。仿真結果證明，與擴展卡爾曼濾波算法相比，新的算法更加簡單，減輕了繁重的參數調節任務，易于數字化實現，不僅具備擴展卡爾曼濾波算法的優勢，而且在某些性能方面超越了擴展卡爾曼濾波算法。 通過分析得知，由于將系統模型不確定性與測量噪聲體現在系統方程中，因此卡爾曼濾波算法在狀態估算方面具有良好的性能。本文以降階線性卡爾曼濾波 算法為理論基礎，以永磁同步電機為對象，以數字信號處理器（DSP）為核心，設計了電機狀態觀測系統的設計方案。整個方案在不增加成本的基礎上，充分利用數字信號處理器（DSP）豐富的資源和強大的運算能力，通過檢測電機相電流，實時估算出電機轉子位置與轉速。本系統可以代替傳統速度傳感器，為電機控制系統提供轉子位置和轉速反饋信息。本文的下一步主要工作便是將此系統付諸實踐，應用于實際工程中，對卡爾曼濾波算法在永磁同步電機無速度傳感器控制方面的性能進行進一步研究。關鍵詞：永磁同步電機；無速度傳感器；卡爾曼濾波
上傳時間： 2013-04-24
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在能源枯竭與環境污染問題日益嚴重的今天，風力發電已經成為綠色可再生能源的一個重要途徑。雙饋電機變速恒頻(VSCF)發電是通過對轉子繞阻的控制來實現的，而轉子回路流動的功率是由發電機運行范圍所決定的轉差功率，因而可以將發電機的同步轉速設定在整個運行范圍的中間。如果系統運行的轉差率范圍為±30％，則最大轉差功率僅為發電機額定功率的30％，因此交流勵磁變換器的容量可大大減小，從而降低成本。該變換器如果加上良好的控制策略，則系統運行將具有優越的穩態和暫態運行性能，非常適用于風能這種隨機性強的能源形式。本文對變速恒頻雙饋機風力發電系統的若干關鍵技術，如空載柔性并網、帶載柔性并網、解列控制、最大功率點跟蹤、電網電壓不平衡運行、低電壓故障穿越等問題進行了深入研究，論文的主要工作如下： 根據交流勵磁變速恒頻風力發電的運行特點，將電網電壓定向的矢量控制方法應用在雙饋發電機的并網發電控制上。研究了一種基于電網電壓定向的雙饋機變速恒頻風力發電柔性并網控制策略，在變速條件下實現無電流沖擊并網和輸出有功、無功功率的解耦控制，建立了交流勵磁發電機柔性并網及穩態運行的控制模型，對柔性并網及其逆過程的解列分別進行了仿真和實驗研究。 提出了一種以向電網輸送凈電能最多為目標的最大功率點跟蹤控制策略，在不檢測風速情況下，能夠自動尋找并跟隨最大功率點，且不依賴風力機最佳功率特性曲線，提高了發電系統的凈輸出能力，具有良好的動、靜態性能。仿真和實驗結果證明了本控制策略的正確性和有效性。 對網側變換器分別進行了幅相控制和直接電流控制策略的研究。結果表明：幅相控制策略簡單實用，可以得到正弦波電流，且波形諧波小，實現了單位功率因數運行，但響應速度相對較慢；而直接電流控制策略具有網側電流閉環控制，使網側電流動、靜態性能得到提高，實現對系統參數的不敏感，增強了電流控制系統的魯棒性，但算法相對復雜。 在電網不平衡條件下，如果以傳統的電網電壓平衡控制策略設計PWM整流器，會使系統出現不正常的運行狀態。為了提高三相PWM整流器的運行性能，本文對電網電壓不平衡情況下三相PWM整流器運行控制策略進行了改進，研究了消除負序電流和抑制輸入功率二次諧波的控制策略，實現了線電流正弦、負序輸入電流為零及總無功功率輸入為最小的目標。 為了提高VSCF風力發電系統的運行能力，本文對電網故障時雙饋風力發電系統低電壓穿越控制(LVRT)進行了研究，在不改變系統硬件結構的情況下，通過改變勵磁控制策略來實現LVRT；在電網故障時使電機和變換器安全穿越故障，保持不脫網運行，提高系統的穩定性和安全性。
上傳時間： 2013-07-09
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隨著科學技術的發展，汽車結構不斷完善，人們對汽車的性能更加關注。汽車本身是一個復雜的系統，在使用過程中，隨著行駛里程的增加和使用時間的延續，汽車技術狀況可能不斷惡化，需要定期進行檢測。汽車底盤測功機是一種不解體檢驗汽車性能的檢測設備，采用現代電測和計算機技術，模擬汽車在各種路面行駛阻力，使汽車的道路試驗項目移至室內進行，減少室外環境變化對測試的影響，能夠很好的改善試驗人員的試驗環境和提高測試精度。 本文首先介紹了汽車底盤測功機的發展歷史和研究現狀，闡明了研究汽車底盤測功機測控系統的目的和意義，給出了汽車底盤測功機的結構和工作原理，在詳細分析汽車道路上和底盤測功機上運行受力情況的基礎上，建立了測功機電模擬模型。采用電模擬阻力加載裝置，不僅省去了繁瑣的慣性飛輪裝置，簡化了底盤測功機的結構，而且實現了慣性阻力的無級模擬。在系統硬件上，設計了轉速轉矩信號的采集電路和前端信號處理電路，提高了采集數據的準確性，保證系統的精度，并給出了勵磁控制電路的設計與實現。在通訊上，設計CAN和USB互相轉化的接口電路，不僅實現上下位機之間的通訊，而且還突破了傳統底盤測功機上下位機通訊速率慢的瓶頸。在控制策略上，采用積分分離PID算法，實現轉速、勵磁電流和轉矩、勵磁電流的兩個雙閉環控制器，滿足了汽車底盤測功機不同運行狀況的需求。在軟件上，采用模塊化編程的思想，從而增強了程序的可移植性和靈活性。最后，構建了實驗平臺，對系統進行了實驗研究，實驗結果表明：系統能滿足汽車性能測試的要求。
上傳時間： 2013-06-12
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蓄電池組已越來越廣泛地應用于交通運輸、電力、通信等諸多領域和部門，其壽命直接關系到能源的有效利用以及相應系統的整體壽命、可靠性和成本。本課題從提高電池壽命的角度研究串聯蓄電池組的充電問題，基于前人使用磁放大器作后級調整的基礎上，提出了一種新穎的基于開關管MOSFET后級調整和高頻母線的蓄電池組分布式單體充電方法。所有二次側電路通過高頻母線的形式共用一個一次側電路；在兼顧效率、體積和成本的前提下有效的解決了串聯蓄電池組的充電不均衡問題。 論文對采用雙管正激拓撲的高頻母線產生電路的設計給出了說明；同時也介紹了幾種后級調整方法及各自優缺點。針對后級調整中的同步問題，提出了幾種產生同步鋸齒波的解決方案。最后利用同步脈沖產生電路，采用最常見的UC3843芯片，產生穩定可靠的同步鋸齒波，實現后級調整開關動作與母線方波電壓的同步。并且針對多路后級調整場合下，采取措施減小了母線電壓毛刺，同時也改善了電流采樣波形。 論文設計了一套單體3500mAh、3．7V鋰離子電池組的單體獨立充電器，以雙管正激電路為原邊電路作為主模塊，次級是以MOSFET作后級調整電路實現充電功能作為充電電路模塊。試驗中采用了四個充電電路模塊，同時對四個鋰離子電池單體分別獨立充電。充電電路模塊中，通過控制MOFET開關，可實現鋰電池的恒流、恒壓充電和滿充切斷，充電電壓和充電電流可精確控制在1％以內。該充電電路并能顯示電池充電狀態，并在單體充電電路間傳遞充電狀態信號，最后反饋給母線電路以控制母線電壓輸出的開通與關斷。特別指出的是該電路的過放電檢測功能，是直接利用電池自身電壓來檢測得出電池自身是否處于過放電狀態判定信號，并在充電模塊間傳遞，最后得出蓄電池組過放電判定信號。整機有較低的待機功耗，并均使用了低成本器件，進一步降低了成本。 論文給出了詳細的設計過程，最后通過實驗將該方案與串聯充電方案比較，驗證了該充電方案的可靠性與優越性。
上傳時間： 2013-04-24
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異步電動機直接轉矩控制技術是近年來發展起來的一種新型、高性能交流調速技術。它利用電壓源型逆變器的工作過程，控制定子磁鏈的走或停，即調整定子磁鏈與轉子磁鏈的夾角大小，從而對電機轉矩進行直接控制以獲得良好的動態性能。 論文首先探討了直接轉矩控制技術的現狀和發展趨勢，闡述了直接轉矩控制的基本原理，分析了常用的圓形磁鏈軌跡控制方法，詳細介紹了直接轉矩控制系統主要模塊的設計和實現。在分析交流異步電機動態數學模型、轉矩和磁鏈計算方程的基礎上，分析了直接轉矩控制的異步電動機在低速運行時存在轉矩脈動和轉速波動較大的問題。基于占空比控制和離散占空比控制的異步電動機直接轉矩控制方法，由電機電磁轉矩公式和合成電壓矢量理論推導了直接計算占空比的方法，在不影響系統各方面性能指標的情況下使降低轉矩脈動的計算量大大減少，方便了計算和使用。兩種方法均具有系統結構簡單、占空比計算量小等優點。研究結果驗證了這兩種方法的正確性和有效性。在第一種方法中加入了單神經元控制器，使系統的動靜態性能得到了提高。接著對利用空間電壓矢量調制的直接轉矩控制系統進行了研究。仿真結果表明此種方法能夠有效的降低轉矩脈動，使系統性能得到提高。 以TMS320F2812DSP為CPU搭建了直接轉矩控制硬件實驗平臺，調試了硬件電路。編寫了相關軟件流程圖和程序清單。
上傳時間： 2013-04-24
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勵磁系統是電力系統控制的重要組成部分，它直接影響著發電機的運行可靠性、經濟性和電力系統運行的穩定性。勵磁系統性能的優化與控制策略的研究，對發電機乃至整個電力系統的安全運行具有決定性的意義。 本文針對300MW同步發電機的技術特點，全面論述了勵磁系統主電路拓撲及輔助電路的工作原理。為提高勵磁系統的控制精度與實時性，本文以16位DSP為控制核心，對勵磁調節單元軟硬件的實現進行研究，以滿足發電機在不同運行工況下對勵磁系統控制性能的要求。 其次，本文在詳細闡述PID+PSS控制和線性最優勵磁控制理論的基礎上，客觀分析了兩種控制方式的優點與不足，綜合二者的優點引出了綜合勵磁控制的研究方法并在微機上成功實現。通過實驗發現，綜合勵磁控制器的性能更優越，其提高了勵磁系統的控制精度，改善了機組運行的穩定性。同時針對單參量PSS存在反調的不足，進行了算法改進，給出了加速功率型PSS的數學推理與軟件實現；根據機組的運行結果可知，該算法的改進不僅解決了傳統PSS的反調問題，而且優化了PSS抑制低頻振蕩的性能。 最后，本文利用發電機park微分方程，推導了發電機起勵與滅磁的數學方程。在Matlab/Simulink仿真環境下，建立了起勵與滅磁的仿真模型。給出了發電機自并起勵、他勵起勵和故障滅磁的仿真結果，并對結果進行客觀地分析，得出了有用的結論。
上傳時間： 2013-04-24
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超聲波電源廣泛應用于超聲波加工、診斷、清洗等領域，其負載超聲波換能器是一種將超音頻的電能轉變為機械振動的器件。由于超聲換能器是一種容性負載，因此換能器與發生器之間需要進行阻抗匹配才能工作在最佳狀態。串聯匹配能夠有效濾除開關型電源輸出方波存在的高次諧波成分，因此應用較為廣泛。但是環境溫度或元件老化等原因會導致換能器的諧振頻率發生漂移，使諧振系統失諧。傳統的解決辦法就是頻率跟蹤，但是頻率跟蹤只能保證系統整體電壓電流同頻同相，由于工作頻率改變了而匹配電感不變，此時換能器內部動態支路工作在非諧振狀態，導致換能器功率損耗和發熱，致使輸出能量大幅度下降甚至停振，在實際應用中受到限制。所以，在跟蹤諧振點調節逆變器開關頻率的同時應改變匹配電感才能使諧振系統工作在最高效能狀態。針對按固定諧振點匹配超聲波換能器電感參數存在的缺點，本文應用耦合振蕩法對換能器的匹配電感和耦合頻率之間的關系建立數學模型，證實了匹配電感隨諧振頻率變化的規律。給出利用這一模型與耦合工作頻率之間的關系動態選擇換能器匹配電感的方法。經過分析比較，選擇了基于磁通控制原理的可控電抗器作為匹配電感，通過改變電抗控制度調節電抗值。并給出了實現這一方案的電路原理和控制方法。最后本文以DSP TMS320F2812為核心設計出實現這一原理的超聲波逆變電源。實驗結果表明基于磁通控制的可控電抗器可以實現電抗值隨電抗控制度線性無級可調，由于該電抗器輸出正弦波，理論上沒有諧波污染。具體采用復合控制策略，穩態時，換能器工作在DPLL鎖定頻率上；動態時，逐步修改匹配電抗大小，搜索輸出電流的最大值，再結合DPLL鎖定該頻率。配合PS-PWM可實現功率連續可調。該超聲波換能系統能夠有效的跟隨最大電流輸出頻率，即使頻率發生漂移系統仍能保持工作在最佳狀態，具有實際應用價值。
上傳時間： 2013-04-24
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現如今，逆變器的脈沖寬度調制(PWM)技術作為一種最常見的調制方式在交流傳動系統中廣泛應用。采用PWM調制技術的最終目的在于追求逆變器輸出電壓、電流波形更接近正弦從而進一步控制負載電機的磁通正弦化。為了達到這些目的，很多種基于PWM原理的調制方法被相繼提出并應用。 在鐵道牽引調速系統中，逆變裝置具有調速范圍寬，輸出頻率變化快等特點，而逆變器本身器件的開關頻率又不是很高。這種情況下，分段同步調制模式的使用有效地改善了變頻器的輸出，達到了減少諧波的目的。本文圍繞分段同步調制在交流牽引傳動系統中的應用進行研究，主要目的在于解決該調制模式應用中存在的切換點選擇、切換震蕩沖擊等問題。文章詳細討論了分段調制模式下載波比和載波比切換點選取的原則，重點分析了分段同步調制模式下載波比切換點沖擊電壓的產生原因和危害，提出了改善電壓電流沖擊的方法，并在搭建的實驗平臺上驗證了理論分析的正確性。此外，本文還對列車高速時載波比極低的極限情況下分段同步調制對變頻器輸出交流電壓和直流回流電流諧波的改善情況進行了理論推導和仿真分析。 論文搭建了用于調制實驗的3.7kW小功率電機實驗平臺，在開環的VVVF調速系統中進行了分段同步調制載波比切換實驗；在Matlab/Simulink環境下搭建了分段同步調制模式下的電機牽引模型，進行了分段同步調制載波比切換仿真；實驗和仿真結果表明，文章所提出的方法很好地完成了分段同步算法且有效抑制了可能發生的沖擊，所得結果驗證了理論分析的正確性。
上傳時間： 2013-08-04
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直接轉矩控制技術在電力機車牽引、汽車工業以及家用電器等工業控制領域得到了廣泛的應用。在運動控制系統中，直接轉矩控制作為一種新型的交流調速技術，其控制思想新穎、控制結構簡單、控制手段直接、轉矩響應迅速，正在運動控制領域中發揮著巨大的作用。雖然直接轉矩控制的優勢是矢量控制所不能實現的，但是直接轉矩控制依然存在一系列不能忽視的問題。直接轉矩控制采用兩點式轉矩和磁鏈滯環控制器，使轉矩和磁鏈被控制在給定值的一定范圍以內，這種控制方法不可避免地帶來電機輸出轉矩脈動過大和逆變器開關頻率不恒定等問題。直接轉矩控制采用定子磁鏈定向，只用便于測量的定子電阻來估計定子磁鏈，這樣在低速運行時會帶來磁鏈估計的誤差。雖然在全速范圍內估計定子磁鏈運用低速時采用的電流-轉速模型和高速時采用的電壓-電流模型的合成模型，即電壓-轉速模型，然而兩種模型的平滑切換又是一個新的問題。直接轉矩控制在基頻以下調速的理論和應用已經實現，在基頻以上的弱磁調速范圍內的理論和應用還需要進一步的研究。 為了解決這些問題，本文針對異步電動機在兩相靜止坐標系下的數學模型，對傳統直接轉矩控制系統和兩種改進的直接轉矩控制系統進行了研究。在傳統直接轉矩控制系統中，詳細討論了定子磁鏈估計的三種基本模型，設計了定子磁鏈估計的加權模型，使電機在全速運行的范圍內都能夠得到準確的定子磁鏈。針對轉矩脈動過大和逆變器開關頻率不恒定的問題，本文設計了兩種改進的直接轉矩控制系統。在基于占空比控制的直接轉矩控制系統中，通過對一個采樣周期內非零電壓矢量作用時間占采樣周期的占空比的優化，解決了轉矩脈動過大的問題；在一個采樣周期內，從非零電壓矢量到零電壓矢量的轉換只有一次，實現了開關頻率的恒定。在基于滑模變結構的直接轉矩控制系統中，本文設計了轉矩和磁鏈滑模變結構控制器代替傳統直接轉矩控制系統中的轉矩和磁鏈滯環控制器；運用空間矢量脈寬調制技術，實現了開關頻率的恒定。本文把傳統直接轉矩控制系統和兩種改進的直接轉矩控制系統擴展到基頻以上的弱磁范圍內的異步電動機調速系統中，對其進行了相關研究。 為了驗證上述各種控制系統的正確性和有效性，本文采用Matlab/Simulink仿真軟件對其進行了仿真驗證。針對傳統直接轉矩控制系統，對定子磁鏈估計的加權模型進行了仿真驗證。仿真結果表明所設計的定子磁鏈的加權模型能夠在電機運行的全速范圍內準確地估計定子磁鏈。針對基于占空比控制的直接轉矩控制系統和基于滑模變結構的直接轉矩控制系統，本文分別對負載轉矩有擾動和無擾動、給定轉速為恒定值和不為恒定值四種情況進行了仿真驗證，并分別和傳統直接轉矩控制系統的仿真結果進行了對比。仿真結果表明，兩種改進的直接轉矩控制系統均能有效的減小轉矩脈動和轉速的穩態誤差。針對電機運行在基頻以上的弱磁調速情形，本文運用三種不同的直接轉矩控制方法分別進行了仿真驗證。仿真結果表明，兩種改進的直接轉矩控制系統在弱磁調速范圍內依然優于傳統直接轉矩控制系統，依然能夠減小轉矩脈動和轉速的穩態誤差。
上傳時間： 2013-04-24
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在功率電路中，電壓的檢測相對于電流的檢測要簡單和容易得多。電壓的檢測可以很方便地進行而不會對電路性能產生明顯影響；而對電流的檢測卻要復雜得多，電流的檢測必須引入測量電流的檢測器，檢測器的引入將影響電路的性能。根據具體的電路，選擇合適的電流檢測方案，并進行正確的電路設計，是功率電路設計成敗的關鍵之一。 在開關電源設計中，電流檢測技術起著至關重要的作用，是開關電源設計成功與否的關鍵因素。本文首先詳細分析和比較了目前開關電源中常用的電阻檢測、磁檢測、MOSFET檢測等幾種電流檢測方法。并根據各自的特點，將各種技術加以區別，為各種開關電源選擇合適的檢測技術指明了方向。在此基礎上，本文提出了兩種適用于電流型控制開關電源的新型電流檢測電路。該電路結合了場效應晶體管導通電阻特性和電流鏡像原理，能即時、快速地檢測流過功率開關管的電流，以有效地進行開關控制和過流保護。論文最后還介紹了一種無檢測電路的控制，并提出了一種分析無電流傳感器控制斜坡補償的分析方法，從理論上證實了電流型控制斜坡補償的意義。
上傳時間： 2013-06-07
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