開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)（SR電機(jī)）驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)（SRD）是一種先進(jìn)的機(jī)電一體化裝置，但是其較大的振動(dòng)噪聲和轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)問(wèn)題制約了SRD的廣泛應(yīng)用。本文以減小SR電機(jī)振動(dòng)噪聲和轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)為主題展開(kāi)理論分析和實(shí)驗(yàn)研究。主要內(nèi)容有：由于徑向力引起的定子徑向振動(dòng)是SR電機(jī)噪聲的主要根源，因此徑向力的分析和計(jì)算是研究SR電機(jī)振動(dòng)噪聲的基礎(chǔ)。本文利用磁通管法推導(dǎo)出徑向力的解析表達(dá)式，定性分析了徑向力與電機(jī)結(jié)構(gòu)參數(shù)等之間的關(guān)系。根據(jù)虛位移原理，推導(dǎo)出基于矢量磁勢(shì)的電磁力計(jì)算公式。該計(jì)算方法求解電磁力時(shí)只需進(jìn)行一次磁場(chǎng)計(jì)算，不但減小了計(jì)算量，同時(shí)計(jì)算精度較傳統(tǒng)虛位移法高。利用這一計(jì)算方法，求出了實(shí)驗(yàn)樣機(jī)的轉(zhuǎn)矩及徑向力的精確數(shù)值解。針對(duì)在SRD性能仿真時(shí)，傳統(tǒng)的非線(xiàn)性插值不但耗時(shí)，而且對(duì)有限元計(jì)算數(shù)據(jù)量要求高的問(wèn)題，本文利用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)強(qiáng)大的非線(xiàn)性模型辨識(shí)能力，成功進(jìn)行了SR電機(jī)磁鏈反演和轉(zhuǎn)矩計(jì)算的模型訓(xùn)練，最后建立了基于人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的SR電機(jī)精確解析數(shù)學(xué)模型。因?yàn)镾R電機(jī)本體結(jié)構(gòu)形式的選擇問(wèn)題與振動(dòng)噪聲大小有著密切的關(guān)系。本文從噪聲輻射和振動(dòng)幅值角度探討了SR電機(jī)主要尺寸的確定；接著從對(duì)稱(chēng)性、力波階數(shù)等角度研究了SR電機(jī)相數(shù)及繞組連接方式、極數(shù)、并聯(lián)支路數(shù)的選擇問(wèn)題。并對(duì)一些常用的降低電機(jī)機(jī)械噪聲的措施和方法進(jìn)行了綜述。系統(tǒng)振動(dòng)特性的研究對(duì)于減小振動(dòng)噪聲十分重要。本文從振動(dòng)系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)方程出發(fā)，導(dǎo)出了從激振力到振動(dòng)加速度的傳遞函數(shù)和系統(tǒng)的自由振動(dòng)解；然后利用機(jī)電類(lèi)比法得出了SR電機(jī)定子系統(tǒng)的固有頻率以及振動(dòng)振幅的解析解，定性分析了影響振動(dòng)振幅的各種因素；最后利用基于能量法的有限元解法，通過(guò)建立不同的散熱筋結(jié)構(gòu)形式、高度、根數(shù)以及形狀的SR電機(jī)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(jié)構(gòu)是高度高、根數(shù)多、上窄下寬的梯形截面的周向散熱筋的結(jié)論。通過(guò)建立不同繞組裝配工藝下的SR電機(jī)三維有限元模型，分析得出了加強(qiáng)繞組剛度可以提高系統(tǒng)低階固有頻率的結(jié)論。通過(guò)比較實(shí)驗(yàn)樣機(jī)的模態(tài)分析結(jié)果和運(yùn)行實(shí)驗(yàn)結(jié)果，證實(shí)了模態(tài)分析的有效性。仿真是計(jì)算SRD系統(tǒng)性能和預(yù)估電機(jī)振動(dòng)的有效手段。本文在用MATLAB建立SRD系統(tǒng)的非線(xiàn)性動(dòng)態(tài)仿真模型的基礎(chǔ)上，對(duì)SRD系統(tǒng)進(jìn)行了穩(wěn)態(tài)性能仿真、動(dòng)態(tài)性能仿真以及負(fù)載突變仿真。接著利用穩(wěn)態(tài)性能仿真，綜合考慮最大平均轉(zhuǎn)矩和效率這兩個(gè)優(yōu)化目標(biāo)，對(duì)SR電機(jī)的開(kāi)關(guān)角進(jìn)行了優(yōu)化。最后結(jié)合由磁場(chǎng)有限元計(jì)算得到的徑向力數(shù)據(jù)表和穩(wěn)態(tài)性能仿真，通過(guò)非線(xiàn)性插值得到徑向力的波形，然后對(duì)徑向力波形進(jìn)行了頻譜分析，從而找到其主要的諧波分量。在電機(jī)設(shè)計(jì)階段避免徑向力波主要頻譜分量與SR電機(jī)定子的固有頻率接近而引起共振是降低SR電機(jī)噪聲的首要條件。合適的控制策略對(duì)于SR電機(jī)減振降噪是必不可少的。本文理論推導(dǎo)出三步換相法的時(shí)間參數(shù)取值公式。仿真證明本取值公式較原先文獻(xiàn)的結(jié)論在阻尼比較小時(shí)有更好的減振效果。針對(duì)SR電機(jī)運(yùn)行中可能出現(xiàn)多個(gè)模態(tài)振形被激發(fā)出來(lái)的情況，利用數(shù)值優(yōu)化法對(duì)三步換相法的時(shí)間參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化，使得減振效果整體最佳，所提的數(shù)值優(yōu)化方法對(duì)兩步換相法同樣有效。在分析已有的直接瞬時(shí)轉(zhuǎn)矩控制的基礎(chǔ)上，針對(duì)其不足之處，提出了轉(zhuǎn)矩定頻控制取代內(nèi)滯環(huán)的方法、開(kāi)始重疊區(qū)域的轉(zhuǎn)矩控制方法、最佳開(kāi)關(guān)角度二次優(yōu)化法和時(shí)間參數(shù)優(yōu)化的三步換相法等新的控制方案。動(dòng)態(tài)仿真證明這些方案是切實(shí)有效的，達(dá)到了預(yù)期效果。最后在直接瞬時(shí)轉(zhuǎn)矩控制的每一次轉(zhuǎn)矩?cái)夭ǘ际褂萌綋Q相法，和在相關(guān)斷時(shí)刻根據(jù)實(shí)際電平靈活選用兩步或三步換相法以減小電機(jī)振動(dòng)噪聲，并提出了考慮減振要求的開(kāi)關(guān)頻率設(shè)計(jì)方法，最終形成了一套完整的降低振動(dòng)噪聲和轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)控制策略。設(shè)計(jì)并研制了基于TMS320LF2407DSP的SR電機(jī)控制器。根據(jù)控制策略要求，選用了不對(duì)稱(chēng)半橋功率電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)；出于降低成本以及提高可靠性考慮，采用了MOSFET雙路并聯(lián)電路方案。在控制軟件中實(shí)現(xiàn)了本文所提出的降低SR電機(jī)振動(dòng)噪聲和轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)控制策略。本文最后對(duì)實(shí)驗(yàn)樣機(jī)進(jìn)行了靜態(tài)轉(zhuǎn)矩的測(cè)量實(shí)驗(yàn)，對(duì)比轉(zhuǎn)矩測(cè)量值與轉(zhuǎn)矩有限元計(jì)算值，驗(yàn)證了磁場(chǎng)有限元計(jì)算的有效性。然后對(duì)實(shí)驗(yàn)樣機(jī)進(jìn)行了空載與負(fù)載、電流控制與轉(zhuǎn)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(duì)比運(yùn)行實(shí)驗(yàn)，對(duì)比各種實(shí)驗(yàn)結(jié)果，充分證實(shí)了本文所提出的降低振動(dòng)噪聲和轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)控制策略的有效性。本課題組承擔(dān)了國(guó)家十·五863計(jì)劃電動(dòng)汽車(chē)重大專(zhuān)項(xiàng)：“EQ6110HEV混合動(dòng)力城市公交車(chē)用電機(jī)及其控制系統(tǒng)”（2001AA501421）。本文的研究是在該項(xiàng)目的資助下完成，并且本文關(guān)于電機(jī)本體結(jié)構(gòu)形式、散熱筋結(jié)構(gòu)和機(jī)械降噪措施等的結(jié)論已在該項(xiàng)目的60kW實(shí)驗(yàn)樣機(jī)上得到證實(shí)。
標(biāo)簽： 開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī) 減 降噪
上傳時(shí)間： 2013-07-05
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開(kāi)發(fā)和研制無(wú)鐵心永磁電機(jī)是當(dāng)前電機(jī)領(lǐng)域的一項(xiàng)重要課題，無(wú)鐵心永磁電機(jī)可以解決傳統(tǒng)有鐵心電機(jī)存在的重量重、損耗高、振動(dòng)噪聲大等問(wèn)題。開(kāi)發(fā)無(wú)鐵心永磁電機(jī)需要準(zhǔn)確計(jì)算電機(jī)的參數(shù)和性能，而實(shí)現(xiàn)這一任務(wù)的重要前提是獲得正確的磁場(chǎng)分布。無(wú)鐵心永磁電機(jī)氣隙外沒(méi)有鐵磁材料，其自身的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)決定了無(wú)鐵心永磁電機(jī)的氣隙磁場(chǎng)屬于三維開(kāi)域磁場(chǎng)，開(kāi)域磁場(chǎng)工程問(wèn)題的計(jì)算是近年來(lái)計(jì)算電磁學(xué)的研究熱點(diǎn)之一。 本文的研究?jī)?nèi)容是國(guó)家高技術(shù)研究發(fā)展(863)計(jì)劃項(xiàng)目“新型稀土永磁電機(jī)設(shè)計(jì)與集成技術(shù)”的關(guān)鍵技術(shù)之一。針對(duì)無(wú)鐵心永磁電機(jī)的實(shí)際工程問(wèn)題，計(jì)算方法的選擇力求既能保證一定的計(jì)算精度，又能節(jié)約計(jì)算機(jī)內(nèi)存和CPU時(shí)間。根據(jù)對(duì)各種開(kāi)域電磁場(chǎng)計(jì)算方法的分析比較，本文將漸近邊界條件法和有限元法結(jié)合解決無(wú)鐵心永磁電機(jī)三維開(kāi)域磁場(chǎng)計(jì)算問(wèn)題。 本文主要由以下幾部分組成： 第一部分為無(wú)鐵心永磁電機(jī)三維開(kāi)域磁場(chǎng)計(jì)算方法的研究。首先提出了基于標(biāo)量磁位的漸近邊界條件，建立了球形邊界的標(biāo)量磁位漸近邊界條件數(shù)學(xué)模型。為了盡可能減少節(jié)點(diǎn)的數(shù)量，結(jié)合無(wú)鐵心永磁電機(jī)的具體結(jié)構(gòu)，推導(dǎo)了適合于盒形截?cái)噙吔绾蛨A柱形截?cái)噙吔缟虾?jiǎn)便易行的一階和二階標(biāo)量漸近邊界條件算子，該算子具有簡(jiǎn)單、有限元實(shí)施容易的特點(diǎn)。其次研究并建立了標(biāo)量漸近邊界條件與有限元法結(jié)合的三維開(kāi)域靜磁場(chǎng)的數(shù)學(xué)模型，并提出具體的實(shí)施方法，推導(dǎo)出相應(yīng)的離散方程。通過(guò)對(duì)具有解析解的長(zhǎng)方永磁體三維開(kāi)域磁場(chǎng)的實(shí)例計(jì)算，驗(yàn)證了方法和所編程序的正確性，并將漸近邊界條件法與截?cái)喾ㄔ谟?jì)算精度和人工外邊界距離方面做了比較。結(jié)果表明：在相同人工外邊界情況下，漸近邊界條件與截?cái)噙吔鐥l件相比，計(jì)算精度明顯提高，二階漸近邊界條件明顯優(yōu)于一階漸近邊界條件。與截?cái)喾ㄏ啾龋瑵u近邊界條件法更節(jié)約計(jì)算機(jī)內(nèi)存和CPU時(shí)間，比較好地處理了計(jì)算量與計(jì)算精度之間的矛盾。 第二部分針對(duì)Halbach陣列內(nèi)轉(zhuǎn)子無(wú)鐵心永磁電機(jī)三維開(kāi)域磁場(chǎng)問(wèn)題進(jìn)行深入研究。利用漸近邊界條件法，定量地計(jì)算了在定轉(zhuǎn)子均無(wú)鐵心的情況下電機(jī)內(nèi)部及周?chē)艌?chǎng)的大小，總結(jié)出了Halbach陣列無(wú)鐵心永磁電機(jī)磁場(chǎng)的空間分布規(guī)律。 第三部分針對(duì)不同拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的Halbach磁體陣列電機(jī)磁場(chǎng)問(wèn)題進(jìn)行對(duì)比研究。通過(guò)大量的計(jì)算，探討了Halbach陣列永磁電機(jī)在轉(zhuǎn)子無(wú)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(zhǎng)度對(duì)端部漏磁的影響規(guī)律，給出了無(wú)鐵心永磁電機(jī)漏磁系數(shù)、電樞計(jì)算長(zhǎng)度等主要設(shè)計(jì)參數(shù)隨電機(jī)結(jié)構(gòu)尺寸的變化規(guī)律。 第四部分針對(duì)具有試驗(yàn)數(shù)據(jù)的三種結(jié)構(gòu)的無(wú)鐵心永磁電機(jī)樣機(jī)進(jìn)行了計(jì)算和分析，計(jì)算結(jié)果與試驗(yàn)數(shù)據(jù)吻合，從而驗(yàn)證了漸近邊界條件法處理三維開(kāi)域磁場(chǎng)問(wèn)題的有效性和實(shí)用性。
標(biāo)簽： 永磁電機(jī) 分 磁場(chǎng)
上傳時(shí)間： 2013-06-22
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本課題是國(guó)家自然科學(xué)基金重點(diǎn)資助項(xiàng)目“微型燃?xì)廨啓C(jī)一高速發(fā)電機(jī)分布式發(fā)電與能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)研究”(50437010)的部分研究?jī)?nèi)容。高速電機(jī)的體積小、功率密度大和效率高，正在成為電機(jī)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)之一。高速電機(jī)的主要特點(diǎn)有兩個(gè)：一是轉(zhuǎn)子的高速旋轉(zhuǎn)，二是定子繞組電流和鐵心中磁通的高頻率，由此決定了不同于普通電機(jī)的高速電機(jī)特有的關(guān)鍵技術(shù)。本文針對(duì)高速永磁電機(jī)的機(jī)械與電磁特性及其關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了深入地研究，主要包括以下內(nèi)容： 首先，進(jìn)行了高速永磁電機(jī)轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與強(qiáng)度分析。根據(jù)永磁體抗壓強(qiáng)度遠(yuǎn)大于抗拉強(qiáng)度的特點(diǎn)，提出了一種采用整體永磁體外加非導(dǎo)磁高強(qiáng)度合金鋼護(hù)套的新型轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)。永磁體與護(hù)套之間采用過(guò)盈配合，用護(hù)套對(duì)永磁體施加的靜態(tài)預(yù)壓力抵消高速旋轉(zhuǎn)離心力產(chǎn)生的拉應(yīng)力，使永磁體高速旋轉(zhuǎn)時(shí)仍承受一定的壓應(yīng)力，從而保證永磁轉(zhuǎn)子的安全運(yùn)行。基于彈性力學(xué)厚壁筒理論與有限元接觸理論，建立了新型高速永磁轉(zhuǎn)子應(yīng)力計(jì)算模型，確定了護(hù)套和永磁體之間的過(guò)盈量，計(jì)算了永磁體和護(hù)套中的應(yīng)力分布。該種轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)和強(qiáng)度計(jì)算方法已應(yīng)用于高速永磁電機(jī)的樣機(jī)設(shè)計(jì)。 其次，進(jìn)行了高速永磁轉(zhuǎn)子的剛度分析和磁力軸承—轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的臨界轉(zhuǎn)速計(jì)算。基于電磁場(chǎng)理論分析了磁力軸承支承的各向同性，利用氣隙靜態(tài)偏置磁通密度計(jì)算了磁力軸承的線(xiàn)性支承剛度，在對(duì)高速電機(jī)轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)離散化的基礎(chǔ)上建立了磁力軸承—轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)方程，采用有限元法計(jì)算了高速永磁電機(jī)轉(zhuǎn)子的臨界轉(zhuǎn)速。利用該計(jì)算方法設(shè)計(jì)的1臺(tái)采用磁力軸承的高速電機(jī)，已成功實(shí)現(xiàn)60000r/min的運(yùn)行。 再次，進(jìn)行了高速永磁電機(jī)的定子設(shè)計(jì)，提出了一種新型環(huán)形繞組結(jié)構(gòu)。環(huán)型繞組線(xiàn)圈的下層邊放在定子鐵心的6個(gè)槽中，而上層邊分布在定子鐵心軛部外緣的24個(gè)槽中，不但增加了定子表面的通風(fēng)散熱面積，使冷卻氣流直接冷卻定子繞組，更為重要的是，解決了傳統(tǒng)2極電機(jī)繞組端部軸向過(guò)長(zhǎng)的難題，使轉(zhuǎn)子軸向長(zhǎng)度大為縮短，從而增加了高速永磁電機(jī)轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的剛度。 然后，采用場(chǎng)路耦合以及解析與實(shí)驗(yàn)相結(jié)合的方法，分析計(jì)算了高速永磁電機(jī)的損耗和溫升，并對(duì)高速永磁發(fā)電機(jī)的電磁特性進(jìn)行了仿真。高速電機(jī)的優(yōu)點(diǎn)是體積小和功率密度大，然而隨之而來(lái)的缺點(diǎn)是單位體積的損耗大，以及因散熱面積小造成的散熱困難。損耗和溫升的準(zhǔn)確計(jì)算對(duì)高速電機(jī)的安全運(yùn)行至關(guān)重要。為了準(zhǔn)確計(jì)算高速電機(jī)的高頻鐵耗，對(duì)定子鐵心所采用的各向異性冷軋電工鋼片制作的試件，進(jìn)行了不同頻率和不同軋制方向的導(dǎo)磁性能和損耗系數(shù)測(cè)定。然后采用場(chǎng)路耦合的方法，分析計(jì)算了高速電機(jī)的定子鐵耗和銅耗、轉(zhuǎn)子護(hù)套和永磁體內(nèi)的高頻附加損耗以及轉(zhuǎn)子表面的風(fēng)磨損耗。在損耗分析的基礎(chǔ)上，計(jì)算了高速電機(jī)的溫升。最后，設(shè)計(jì)制造了一臺(tái)額定轉(zhuǎn)速為60000r/min的高速永磁電機(jī)試驗(yàn)樣機(jī)，并進(jìn)行了初步的試驗(yàn)研究。測(cè)量了電機(jī)在不同轉(zhuǎn)速下空載運(yùn)行時(shí)的定、轉(zhuǎn)子溫升及定子繞組的反電動(dòng)勢(shì)波形。通過(guò)與仿真結(jié)果的對(duì)比，部分驗(yàn)證了高速永磁電機(jī)理論分析和設(shè)計(jì)方法的正確性。在此基礎(chǔ)上，提出一種高速永磁電機(jī)的改進(jìn)設(shè)計(jì)方案，為進(jìn)一步的研究工作打下了基礎(chǔ)。
上傳時(shí)間： 2013-04-24
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針對(duì)空間電壓欠量脈寬調(diào)制過(guò)程中存在的問(wèn)題，采用理論推演與軟件設(shè)計(jì)方法，在介紹了s V P w M 的基本原理的基礎(chǔ)上，利用T I 公司的 D S P電機(jī)控制芯片 T M S 3 2 0 L F 2 4 0 7設(shè)計(jì)了S V P W M的實(shí)現(xiàn)方法，并給出 j - 變頻調(diào)速系統(tǒng)的全數(shù)字化實(shí)現(xiàn)。 通過(guò)對(duì)永磁同步電機(jī)進(jìn)行控制仿真實(shí)驗(yàn)，得到的結(jié)果表明此方法是切實(shí)可行V , J ，控制系統(tǒng)具有優(yōu)良的動(dòng)靜態(tài)性能，較高的控制效果，有廣泛的應(yīng)用前景。
上傳時(shí)間： 2013-04-24
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電動(dòng)摩托車(chē)具有零排放、低噪聲等優(yōu)點(diǎn)，是真正的綠色環(huán)保輕型交通工具，它以方便j快捷等特點(diǎn)被越來(lái)越多的人們所接受，成為大中城市公共交通的理想補(bǔ)充。而無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)以其控制簡(jiǎn)單、可靠性高、輸出轉(zhuǎn)矩大等優(yōu)點(diǎn)，被大量地用作電動(dòng)摩托車(chē)驅(qū)動(dòng)電機(jī)。本文主要研究基于AVR單片機(jī)的電動(dòng)摩托車(chē)控制技術(shù)。 首先，分析了電動(dòng)摩托車(chē)的發(fā)展趨勢(shì)，以及無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)能在電動(dòng)摩托車(chē)驅(qū)動(dòng)領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用的原因，并探討了電動(dòng)摩托車(chē)無(wú)刷直流驅(qū)動(dòng)電機(jī)的控制方法。 其次，在分析無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)工作原理的基礎(chǔ)上，構(gòu)造了無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)的數(shù)學(xué)模型，確立了通過(guò)PWM調(diào)節(jié)改變電樞電壓的大小來(lái)調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速的控制策略。 第三，采用ATMEL公司的ATmega88單片機(jī)為控制核心，設(shè)計(jì)了包括電流檢測(cè)與保護(hù)、位置信號(hào)檢測(cè)、功率開(kāi)關(guān)管驅(qū)動(dòng)、電源轉(zhuǎn)換和電壓采樣與欠壓保護(hù)等一系列硬件電路，充分利用了ATmega88單片機(jī)成本低、功能豐富、運(yùn)算能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，簡(jiǎn)化了控制電路，提高了控制系統(tǒng)的可靠性，降低了控制成本。 第四，采用C語(yǔ)言編寫(xiě)了控制程序，完善了控制功能，實(shí)現(xiàn)了軟、硬件控制方法的結(jié)合。使用ICC-AVR集成開(kāi)發(fā)環(huán)境和SL-ISP在線(xiàn)編程，降低了開(kāi)發(fā)成本；采用模塊化設(shè)計(jì)方法設(shè)計(jì)控制程序，提高了程序的可維護(hù)性。完成的功能模塊主要包括啟動(dòng)與換相模塊、電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)模塊、過(guò)電流與堵轉(zhuǎn)保護(hù)模塊、欠電壓保護(hù)模塊和定速巡航模塊等。 最后，對(duì)開(kāi)發(fā)的控制系統(tǒng)進(jìn)行了調(diào)試，并對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了分析。結(jié)果表明，控制系統(tǒng)運(yùn)行可靠、實(shí)時(shí)性好，證明ATmega88單片機(jī)適合用作電動(dòng)摩托車(chē)驅(qū)動(dòng)電機(jī)的控制芯片。
標(biāo)簽： 電動(dòng)摩托車(chē) 無(wú)刷直流 控制方法
上傳時(shí)間： 2013-05-20
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超聲波電機(jī)(Ultrasonic Motor簡(jiǎn)稱(chēng)USM)是八十年代發(fā)展起來(lái)的新型微電機(jī)。本文針對(duì)超聲波電機(jī)及其控制技術(shù)的研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì),以我國(guó)研究技術(shù)相對(duì)比較成熟并有產(chǎn)業(yè)化前景的行波超聲波電機(jī)(Traveling-wave Ultrasonic Motor簡(jiǎn)稱(chēng)TUSM)的伺服控制技術(shù)為研究對(duì)象,以直徑60mm的行波超聲波電機(jī)TUSM60為研究實(shí)例,在特性測(cè)試、動(dòng)穩(wěn)態(tài)性能分析,辨識(shí)模型建立、控制策略與控制算法的選擇與實(shí)現(xiàn)等方面展開(kāi)研究。本論具體的研究?jī)?nèi)容為： 在分析超聲波電機(jī)研究歷史和現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上,結(jié)合國(guó)內(nèi)外超聲波電機(jī)特別是行波超聲波電機(jī)控制技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì),重點(diǎn)論述了行波超聲波電機(jī)及其驅(qū)動(dòng)控制技術(shù)的研究進(jìn)展。 介紹行波超聲波電機(jī)的基本結(jié)構(gòu),并從該電機(jī)的主要理論基礎(chǔ)--壓電原理、行波合成、接觸模型出發(fā),分析了行波超聲波電機(jī)定子質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)方程.并結(jié)合定轉(zhuǎn)子摩擦接觸特點(diǎn),分析了行波超聲波電機(jī)的運(yùn)行機(jī)理。 根據(jù)對(duì)行波超聲波電機(jī)測(cè)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(jī)高性能測(cè)試控制平臺(tái)。其中控制核心采用了雙DSP結(jié)構(gòu),可以在對(duì)行波超聲波電機(jī)進(jìn)行控制的同時(shí),將必要的參數(shù)讀取出來(lái)進(jìn)行分析和研究。為行波超聲波電機(jī)瞬態(tài)特性分析以及控制策略、控制算法的深入研究打下了基礎(chǔ)。 對(duì)電機(jī)的瞬態(tài)、穩(wěn)態(tài)特性進(jìn)行的測(cè)試,可以分析驅(qū)動(dòng)頻率、電壓以及相位差等調(diào)節(jié)量對(duì)電機(jī)輸出的影響。在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步對(duì)行波超聲波電機(jī)的調(diào)節(jié)方式、控制算法選擇方面進(jìn)行分析,并得到相應(yīng)結(jié)論。 通過(guò)對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的總結(jié)和歸納,利用系統(tǒng)辨識(shí)中的非參數(shù)方法,建立在特定頻率條件下的近似線(xiàn)性模型。在行波超聲波電機(jī)工作范圍內(nèi),辨識(shí)若干組不同頻率條件下的近似線(xiàn)性模型,將這些模型的參數(shù)進(jìn)行二維或三維擬合,可以得到一個(gè)關(guān)于行波超聲波電機(jī)傳遞函數(shù)的模型。辨識(shí)模型的建立為合理的選擇和優(yōu)化控制參數(shù),控制效果的驗(yàn)證等提供了行之有效的手段。 在對(duì)行波超聲波電機(jī)的速度控制、位置控制展開(kāi)的研究中.首先利用遺傳算法對(duì)常規(guī)PI恒轉(zhuǎn)速控制的控制參數(shù)整定及修正方法進(jìn)行了研究；利用神經(jīng)元的在線(xiàn)自學(xué)習(xí)能力,研究和設(shè)計(jì)單神經(jīng)元PID-PI轉(zhuǎn)速控制器,提高控制系統(tǒng)對(duì)電機(jī)非線(xiàn)性和時(shí)變性的適應(yīng)能力；為了消除在伺服控制中,單一調(diào)節(jié)量(驅(qū)動(dòng)頻率)情況下,低轉(zhuǎn)速的跳躍問(wèn)題,研究和討論了多調(diào)節(jié)量分段控制方法,并利用模糊控制對(duì)控制方法的有效性進(jìn)行了驗(yàn)證；在位置控制中,利用轉(zhuǎn)速控制研究的結(jié)果,研究和設(shè)計(jì)了位置--速度雙環(huán)(串級(jí))控制器,實(shí)現(xiàn)了電機(jī)高精度位置伺服控制。 通過(guò)對(duì)已有控制系統(tǒng)的改進(jìn)和簡(jiǎn)化,設(shè)計(jì)和研制了具有實(shí)用化價(jià)值行波超聲波電機(jī)控制器：并將研究成果應(yīng)用于針對(duì)核磁成像設(shè)備而設(shè)計(jì)的行波超聲波電機(jī)隨動(dòng)控制系統(tǒng)中,同時(shí)嘗試了將該控制器用于高精度X-Y兩維定位平臺(tái)。
上傳時(shí)間： 2013-07-13
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帶整流負(fù)載的同步發(fā)電機(jī)在一些需要高品質(zhì)直流電源的場(chǎng)所，如艦船電力推進(jìn)、郵電通訊、飛機(jī)等電源系統(tǒng)得到了廣泛應(yīng)用，并且受到了許多學(xué)者的關(guān)注，其研究領(lǐng)域主要涉及數(shù)字仿真、數(shù)學(xué)模型、穩(wěn)態(tài)分析以及運(yùn)行穩(wěn)定性等方面。 本文對(duì)MATLAB/Simulink中的電機(jī)模型進(jìn)行了深入的研究。針對(duì)MATTAB中電機(jī)仿真模型的不足和本文研究的需要，提出了同步發(fā)電機(jī)定、轉(zhuǎn)子分解的狀態(tài)方程，利用MATLAB工具箱建立了新的同步電機(jī)仿真模型并進(jìn)行了封裝，為進(jìn)行帶整流橋負(fù)載同步電機(jī)系統(tǒng)的分析與研究打下了很好的基礎(chǔ)。 對(duì)帶整流橋負(fù)載同步發(fā)電機(jī)整流系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)運(yùn)行特性進(jìn)行了分析，采用定、轉(zhuǎn)子分解模型建立了整流系統(tǒng)仿真模型。證明了在假定轉(zhuǎn)子磁鏈?zhǔn)睾悖春雎赞D(zhuǎn)子電阻影響的條件下，定、轉(zhuǎn)子分解模型很容易轉(zhuǎn)變?yōu)閹鄬?duì)稱(chēng)非線(xiàn)性負(fù)載的同步電機(jī)穩(wěn)態(tài)分析模型。介紹了根據(jù)這一模型推導(dǎo)出的解析計(jì)算公式，給出了計(jì)算方法和步驟，并編寫(xiě)了計(jì)算程序，便于工程上直接使用。與仿真結(jié)果的對(duì)比驗(yàn)證了該解析計(jì)算的正確性。同時(shí)，仿真證實(shí)了忽略轉(zhuǎn)子電阻影響會(huì)給計(jì)算結(jié)果帶來(lái)一定的誤差，但是，在轉(zhuǎn)子電阻正常值范圍內(nèi)，忽略其影響是允許的。 對(duì)帶有反電動(dòng)勢(shì)負(fù)載的同步發(fā)電機(jī)整流系統(tǒng)的穩(wěn)定性進(jìn)行了仿真研究，將系統(tǒng)中的各個(gè)參數(shù)對(duì)系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響進(jìn)行了仿真。為了解決穩(wěn)定性仿真計(jì)算量大、計(jì)算時(shí)間長(zhǎng)的問(wèn)題，利用同步電機(jī)換相計(jì)算的穩(wěn)態(tài)公式，對(duì)同步電機(jī)分解模型的定子部分和整流橋部分進(jìn)行了簡(jiǎn)化處理，得到了同步發(fā)電機(jī)整流系統(tǒng)穩(wěn)定性分析簡(jiǎn)化模型。通過(guò)兩種模型的仿真計(jì)算，證實(shí)了該簡(jiǎn)化模型與非簡(jiǎn)化模型的仿真結(jié)果相當(dāng)一致。這樣既解決了帶有反電動(dòng)勢(shì)負(fù)載的同步發(fā)電機(jī)整流系統(tǒng)的穩(wěn)定性仿真計(jì)算的計(jì)算速度問(wèn)題，也證明了換相過(guò)程及其產(chǎn)生的諧波對(duì)系統(tǒng)的穩(wěn)定性沒(méi)有影響。
標(biāo)簽： 整流 同步發(fā)電機(jī) 分
上傳時(shí)間： 2013-06-19
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空調(diào)壓縮機(jī)是空調(diào)器的核心部件。傳統(tǒng)定速空調(diào)器中壓縮機(jī)多采用單相異步電動(dòng)機(jī)，對(duì)電機(jī)采用簡(jiǎn)單的開(kāi)關(guān)式控制，電能損耗、室溫波動(dòng)及噪音都很大，壓縮機(jī)容易受沖擊損壞。隨著人們生活水平的提高及能源短缺問(wèn)題的出現(xiàn)，將變頻調(diào)速技術(shù)應(yīng)用于空調(diào)器中，將變頻壓縮機(jī)取代傳統(tǒng)定頻定速壓縮機(jī)，對(duì)其進(jìn)行變頻調(diào)速將使壓縮機(jī)減少開(kāi)停次數(shù)，降低室溫波動(dòng)，提高舒適度，獲得了更好的空氣調(diào)節(jié)效果和實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗的要求。 空調(diào)系統(tǒng)是一個(gè)典型的多輸入多輸出、具有大滯后特性的菲線(xiàn)性系統(tǒng)。要對(duì)空調(diào)壓縮機(jī)進(jìn)行變頻調(diào)速，需要根據(jù)房間溫度的變化得出壓縮機(jī)的頻率值。由于空調(diào)系統(tǒng)精確的數(shù)學(xué)模型難以取得，且時(shí)間常數(shù)較大，傳統(tǒng)的PID調(diào)整不僅費(fèi)時(shí)費(fèi)力，性能指標(biāo)也不能令人滿(mǎn)意。因此，將模糊控制技術(shù)引入空調(diào)壓縮機(jī)的變頻調(diào)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(jī)的頻率為輸出。對(duì)于提高空調(diào)系統(tǒng)的控制精度、穩(wěn)定性和可靠性，無(wú)論從學(xué)術(shù)研究角度出發(fā)，還是在工程應(yīng)用方面，都具有相當(dāng)?shù)默F(xiàn)實(shí)意義。 本文分別從三相異步電動(dòng)機(jī)的變頻調(diào)速技術(shù)、變頻空調(diào)控制策略等方面進(jìn)行了探討分析。首先將模糊控制技術(shù)應(yīng)用到空調(diào)壓縮機(jī)變頻調(diào)速中，根據(jù)建立模糊控制規(guī)則的基本思想及實(shí)際運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，通過(guò)模糊控制技術(shù)使空調(diào)壓縮機(jī)具有自調(diào)整的智能特性，從而得出最佳的動(dòng)態(tài)控制參數(shù)，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(diǎn)。 然后詳細(xì)闡述了SVPWM的基本原理，對(duì)空間矢量調(diào)制（SVPWM）方式及其實(shí)現(xiàn)方法進(jìn)行了探討。在變頻壓縮機(jī)的控制中采用先進(jìn)的SVPWM調(diào)制技術(shù)，壓縮機(jī)能根據(jù)室內(nèi)需要的冷（熱）量不同，連續(xù)地、動(dòng)態(tài)地、實(shí)時(shí)地調(diào)整其制冷（熱）量，始終保持在較合理的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)下。能夠進(jìn)一步提高電壓的利用率和頻率分辨率，并使壓縮機(jī)運(yùn)行更加平穩(wěn)，提高空調(diào)的效率，達(dá)到節(jié)能降耗的效果。
標(biāo)簽： SVPWM 模糊控制 變頻調(diào)速
上傳時(shí)間： 2013-04-24
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交流伺服技術(shù)是研制開(kāi)發(fā)各種先進(jìn)的機(jī)電一體化設(shè)備，如工業(yè)機(jī)器人、數(shù)控機(jī)床、加工中心等的關(guān)鍵性技術(shù)，但是要提高交流伺服系統(tǒng)的控制性能關(guān)鍵在于伺服控制器對(duì)電機(jī)動(dòng)態(tài)和靜態(tài)響應(yīng)的控制，要獲得良好的電機(jī)動(dòng)、靜態(tài)性能關(guān)鍵在于伺服控制器的控制算法。為此，本文開(kāi)展了主要針對(duì)電機(jī)控制算法中的PID控制器參數(shù)整定算法研究。研究工作是基于黑龍江省科技攻關(guān)項(xiàng)目為支撐。 本論文在查閱大量文獻(xiàn)資料的基礎(chǔ)上，掌握了系統(tǒng)構(gòu)成和基本控制原理，并分析了國(guó)內(nèi)交流伺服存在的問(wèn)題，設(shè)計(jì)了基于TI公司電機(jī)數(shù)字化控制芯片TMS320F2812的交流伺服控制器的控制單元；基于三菱公司智能化功率器件IPM設(shè)計(jì)了控制器的功率單元；以及電源單元和相關(guān)電路的保護(hù)單元。 基于電機(jī)矢量控制原理，構(gòu)建了永磁同步電機(jī)的矢量控制模型，在原有研究的基本PID控制基礎(chǔ)上，根據(jù)模糊控制的基本原理，研究了應(yīng)用于電機(jī)控制的模糊參數(shù)自整定PID控制器設(shè)計(jì)原理，構(gòu)建模糊參數(shù)自整定PID控制器的數(shù)學(xué)模型，并進(jìn)行該系統(tǒng)的仿真研究和實(shí)際應(yīng)用程序設(shè)計(jì)。 本文的重點(diǎn)是闡述模糊參數(shù)自整定PID控制器的設(shè)計(jì)原理和方法，利用基于模糊參數(shù)自整定PID控制器的交流伺服系統(tǒng)仿真模型，應(yīng)用Matlab/Simulink仿真軟件平臺(tái)驗(yàn)證模型和算法的正確性，并與常規(guī)PID控制性能進(jìn)行對(duì)比分析。在實(shí)際硬件平臺(tái)驗(yàn)證了本文提出算法的可行性和正確性。 通過(guò)仿真和實(shí)際結(jié)果對(duì)比得出結(jié)論，模糊參數(shù)自整定PID控制器可以提高交流伺服系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)和靜態(tài)性能。
上傳時(shí)間： 2013-04-24
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本文以異步電機(jī)參數(shù)離線(xiàn)自整定及參數(shù)在線(xiàn)辨識(shí)為對(duì)象，從理論分析，算法提出，仿真證明和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證四部分進(jìn)行了深入研究。 異步電機(jī)參數(shù)離線(xiàn)自整定及參數(shù)在線(xiàn)辨識(shí)技術(shù)的研究，為異步電機(jī)控制性能的不斷提高提供了保障，以使更好，更精確的控制方式能夠應(yīng)用到工程實(shí)際中去。 由于在工程中使用的電機(jī)和變頻器不一定能夠匹配，而需要在電機(jī)運(yùn)行之前由專(zhuān)業(yè)的工程師對(duì)變頻器作重新設(shè)置，此過(guò)程復(fù)雜，耽誤時(shí)間而且需要專(zhuān)業(yè)人員操作。 本文提出一套異步電機(jī)參數(shù)離線(xiàn)自整定算法，使用C語(yǔ)言編程，并在一臺(tái)2.2KW電機(jī)的硬件實(shí)驗(yàn)平臺(tái)上驗(yàn)證了該算法，實(shí)現(xiàn)了電機(jī)在運(yùn)行之前，變頻器自動(dòng)測(cè)試出電機(jī)的基本參數(shù)，為矢量控制等控制方式提供所需要的電機(jī)參數(shù)。 電機(jī)在運(yùn)行過(guò)程中，由于溫度等因素的影響，電機(jī)的參數(shù)會(huì)發(fā)生變化，影響電機(jī)運(yùn)行的穩(wěn)定性，所以要對(duì)電機(jī)參數(shù)做在線(xiàn)辨識(shí)。本文對(duì)異步電機(jī)參數(shù)在線(xiàn)辨識(shí)作了理論分析和方法總結(jié)，為下一步工作打下基礎(chǔ)。 算法的實(shí)現(xiàn)需要相應(yīng)的硬件實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，本文對(duì)硬件實(shí)驗(yàn)平臺(tái)作了詳細(xì)介紹，包括主電路的設(shè)計(jì)、IGBT的驅(qū)動(dòng)保護(hù)電路設(shè)計(jì)、DSP數(shù)字控制器的設(shè)計(jì)。 本文還對(duì)文中提出的實(shí)驗(yàn)方法作了MATLAB/Simulink仿真，驗(yàn)證了該方法的可行性，對(duì)實(shí)驗(yàn)有指導(dǎo)意義。
標(biāo)簽： 異步電機(jī) 參數(shù) 參數(shù)辨識(shí)
上傳時(shí)間： 2013-04-24
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