永磁無刷直流電動機利用轉子上的永磁體激磁,采用電子換相取代機械換相,結構簡單、體積小、效率高,在許多領域得到了廣泛應用。但是,由于永磁無刷直流電動機本身存在較大的轉矩脈動,從而使電機運行性能存在缺陷,限制了它在精密傳動系統中的應用。本文在開發完成永磁無刷直流電動機控制系統的基礎上,針對如何減小和抑制自控式永磁電動機轉矩脈動這一問題,提出了一種混合控制策略:利用原有的六個離散位置信號,在三三導通控制策略的基礎上,融入矢量控制策略,使得電機在運行過程中定子的基波磁勢與轉子磁勢盡量保持在90°左右,來實現近似正弦波電流驅動,可以在不增加系統成本的基礎上,較好地抑制電磁轉矩脈動,并通過實驗驗證其正確性,其主要內容如下: 第二章主要闡述了永磁無刷直流電動機的運行原理,給出了電機的數學模型,在此基礎上,利用Matlab/Simulink軟件建立了電機及控制系統的仿真模型,并給出了仿真和實驗波形。 第三章介紹基于TI公司TMS320F240PQA芯片的永磁直流無刷電機控制器的設計,并對系統主電路、驅動模塊、電流檢測、過壓保護等電路作了詳細的介紹,對設計中容易出現的問題進行分析,搭建了整個系統的硬件平臺。 第四章介紹了常規的矢量控制技術,提出了一種混合控制策略的新方法:利用霍爾位置傳感器的六個位置信號,使得電機在運行過程中定子的基波磁勢與轉子磁勢盡量保持在90°左右,從而達到控制器簡單、轉矩脈動降低的目的。并分析了這種控制策略在勻速、加減速情況下的運行性能。 第五章在前幾章分析的基礎上,完整給出了混合控制策略的軟件編程方法,并按照模塊化的思想,把軟件分成多個獨立模塊,并重點介紹了系統啟動、轉速計算、轉子位置計算、sinθ和cosθ的計算、PWM輸出等幾個部分,并給出實驗波形驗證其可行性。
上傳時間: 2013-05-30
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以“混合式步進電動機驅動控制系統設計”和“電動座椅控制系統設計”作為實際應用背景,分析了兩種不同種類電動機的原理特性和控制方法,闡述了這兩個系統的開發過程,研究了單片機在這兩個系統中的應用,進一步挖掘了單片機在電機運動控制領域中的應用潛力。 文中分兩個部分分別對這兩個系統進行了介紹。在混合式步進電動機驅動控制系統部分,介紹了步進電動機的運行特性和控制方法,建立了仿真模型并對步進電動機各主要的運行特性進行了仿真研究,著重敘述了步進電動機多步距角控制、斬波恒流控制和升降頻控制等控制功能,以及上位機控制軟件的實現過程。電動座椅控制系統部分,首先闡述了無刷直流電動機的運行特性,建立了仿真模型并對先進PID控制方法在無刷直流電動機中的應用進行了仿真研究,著重闡述了位置記憶功能的實現過程。 實驗結果表明,系統硬件和軟件設計合理可行,圓滿的完成了既定的開發任務,實現了所有的預定功能,且運行性能良好。混合式步進電動機驅動控制系統可以通過上位機和控制面板分別控制,可以驅動不同種類的步進電動機且具備多種控制功能。電動座椅控制系統將無刷直流電動機應用到了電動座椅領域,且實現了電動座椅的智能化。這些也正是本文的創新之處。另外,結構化的硬件設計方法及模塊化的軟件設計法使得系統具有較好的通用性和可擴展性。
上傳時間: 2013-05-26
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本文通過對永磁同步電機進行了建模,提出了永磁同步電機的數學模型。分析了永磁同步電機矢量控制的原理和特點,選取了采用基于id=0轉子磁場定向的方案,確立了基于矢量控制PMSM三閉環調節的伺服控制系統的實施方案。給出了伺服系統的設計及伺服控制中的一些控制策略,并進行了仿真驗證,表明該方案是切實可行的。在此基礎上,確立了以MC56F8357為核心的永磁同步電機伺服驅動控制器的硬件系統,搭建了相應的試驗平臺。在Codewarrior集成開發環境下完成了整個伺服控制系統的軟件設計,并在PCMaster的基礎上完成了伺服控制系統上位機控制界面的設計。實驗及使用證明,所研制的試驗軟硬件平臺能很好地完成永磁同步電機位置伺服控制功能,能夠完全滿足高性能伺服控制系統的基本要求。
上傳時間: 2013-08-02
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本文主要研究電壓矢量定向控制和直接功率控制這兩種關于PWM整流器的控制策略,并針對電網不平衡情況對三相PWM整流器作了相應的研究。 首先對PWM整流器的原理做了詳細的介紹,主要是拓補結構,工作原理,分別在ABC靜止坐標系、αβ靜止坐標系和dq旋轉坐標系中建立了低頻和高頻數學模型。選擇了電壓型的三相PWM整流器作為研究對象,并在dq坐標系中對其數學模型進行解耦。此外設計了基于TMS320F2812和IPM模塊的硬件實驗系統,介紹了硬件系統的電感和電容的參數設計。 介紹了間接和直接電流控制,并在直接電流控制中,引入了空間電壓矢量定向控制,給出了實現該控制策略的主要算法,并建立了仿真模型。直接功率控制是近來發展起來的三相PWM整流器控制技術,在詳細介紹了傳統的直接功率控制策略后,針對其存在的問題,提出了空間電壓矢量調制的直接功率控制策略,并通過仿真和實驗驗證了控制策略的有效性。最后在三相電網不平衡的條件下,研究了對三相VSR的影響。詳細分析了抑制直流電壓波動的雙電流控制方法,以改善三相VSR在電網不平衡條件下的輸入輸出性能。
上傳時間: 2013-06-09
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作為數控機床、機器人等的重要組成部分,隨著加工制造、汽車等行業的發展,永磁交流伺服系統成為國內外研究和應用的一個重要領域。同時隨著功率電子器件和微處理器的進步,伺服系統也逐步向全數字化方向發展,全數字化系統具有可靠性高、實現新控制策略容易、功能豐富等優點。 本文論述了永磁同步電機空間矢量脈寬調制控制的最新發展,分析了從基礎理論到最新的控制算法的有關永磁同步電機空間矢量控制的許多問題。在對永磁同步電動機(PMSM)的數學模型和控制理論進行全面、深入研究的基礎上,本文在PMSM 的電壓空間矢量的弱磁控制方面做了大量的理論和實驗研究,提出一種基于空間矢量PWM (SVPWM)的PMSM 定子磁鏈弱磁控制定方法,在電機轉速達到基本轉速之前采用最大轉矩/電流策略控制,超過基本轉速之后采用弱磁擴速的電流控制策略,使電機具有更大的調速空間,該策略可實現電壓矢量近似連續調節,有效減小了PMSM 的轉矩脈動,提高了系統的性能,仿真結果證明了這一結論。 在上述工作的基礎上,研制開發了一套基于TMS320LF2407A 的高性能全數字永磁交流調速系統。該系統以空間矢量PWM 控制為核心。
上傳時間: 2013-06-08
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感應電機雙饋調速系統是一種性能優越的電力拖動控制系統,它不僅降低了功率變換器的額定功率,而且能夠通過調節轉子電壓的幅值、相位和頻率來實現電機定子側功率因數的調節。由于系統控制方法的靈活性和多樣性,使得雙饋電機在工業傳動領域、風力發電以及抽水蓄能電站中擁有廣闊的應用前景。 本文主要對雙饋電機矢量控制系統進行了相關研究。首先,比較雙饋調速系統和傳統的異步電機變頻調速系統的異同點,闡述了雙饋電機的工作原理,各種不同的磁場定向控制方式,并分析了它的穩態特性;接著,利用雙饋調速系統控制方法靈活多樣的特點,構建了一套交直交變換器勵磁的矢量調速系統,系統模型建立在以轉子磁鏈定向了同步旋轉的坐標軸系中,可以實現雙饋電機轉速與無功功率的解耦控制,同時,控制交直交變換器能量的雙向流動,雙饋電機可以在超同步、亞同步方式下運行,通過計算機仿真,驗證了這種控制方式的可行性和正確性;隨后,闡述了雙饋電機的功角特性,通過功角特性分析了電機的靜態穩定性,并建立了雙饋電機的開環電壓控制、開環電流控制以及矢量控制的小信號模型,對上述幾種控制方式下的雙饋電機暫態穩定性進行了深入研究;最后,綜合上述討論結果,設計了雙饋電機的控制系統硬件部分,并給出了部分軟件設計流程。
上傳時間: 2013-07-25
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論文分析了混合式步進電動機的工作原理和運行特性。采用簡化的磁網絡模型,推導了建立二相混合式步進電機數學模型的關系式。并對步進電機的多種驅動技術進行了詳細的研究,著重分析和論述了正弦脈寬調制細分驅動技術。文中對整個系統的結構、硬件電路設計及驅動軟件編程進行了研究和實現,并給出了系統性能實驗結果。 步進電機的使用離不開步進電機驅動器,驅動器的優劣影響著步進電機的運行性能。傳統的驅動方式側重于使步進電機繞組電流以盡可能短的時間上升到額定值,以提高電機高速運行時的轉矩,一般步距角較大,且造成低速運行時的振動和噪聲加大。針對此問題,開發出一種新型的基于單片機的多細分二相混合式步進電機驅動器。該驅動器以二相混合式步進電動機的靜態和動態運行特性為出發點,主要分為數字控制部分、GAL片邏輯綜合信號處理單元、SG3525恒流控制電路、驅動功放電路、過流保護及反饋電路和系統供電電源模塊等。采用專用集成芯片和可編程邏輯器件,以8位單片機AT89C51為控制核心,實現恒流控制、正/反轉運行、過流保護和多檔位細分等功能。在器件選型和軟、硬件設計方面兼顧了性能與成本等因素,性價比較高且通用性強。 該驅動器樣機已完成制作并進行了聯調測試,文中給出了測試結果并對所測波形進行了分析。實驗結果表明,系統硬件和軟件設計合理可行,各項技術指標均達到了設計要求。它與混合式步進電動機配套可以明顯地改善步進電動機的運行性能,拓寬其應用領域。
上傳時間: 2013-06-07
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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,系統響應迅速,具有優良的靜、動態特性,系統魯棒性好,因而受到了普遍關注并得到了迅速發展。 本論文從交流調速技術的發展開始,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:采用圓形磁鏈的直接轉矩控制; (2)高速區:采用六邊形磁鏈的直接轉矩控制; (3)弱磁區:通過改變磁鏈給定值來調節轉矩,實現恒功率調節。 同時應用MATLAB/SIMULINK軟件建立了直接轉矩控制系統的仿真模型,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。
上傳時間: 2013-04-24
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風能是可再生能源,世界各國越來越重視風能的開發和利用。國內外學者也開始研究高效率永磁電機在風力發電上的應用。在山東省科技廳資助下,本文研究了一種新型結構的雙轉子永磁發電機,其高運行效率和特殊的電機結構,使其在小型風力發電系統中存在著巨大優勢。本文主要研究的內容如下: 第一部分首先給出了雙轉子永磁電機的基本結構、等效磁路、工作原理,然后對雙轉子永磁電機電樞反應電感參數進行計算。 第二部分對雙轉子永磁電機的空載感應電勢進行解析計算和有限元分析驗證。首先通過引入相對比磁導函數,給出了雙轉子永磁電機考慮齒槽效應時定子表面的磁場分布,并給出了相應的波形。然后采用矢量合成法推導了空載感應電勢的表達式,為了驗證空載電勢解析法的正確性,本文采用有限元法對其分析計算。通過比較得出:解析法和有限元法吻合很好。最后,針對雙轉子電機的特殊結構,提出了三種改善電勢波形的方法,并利用解析法對其進行分析,證明了這幾種措施的可行性。 第三部分針對halbach磁體電機在風力發電系統中的潛在優勢,主要研究了halbach磁體結構雙轉子電機的電勢和齒槽轉矩。首先給出了halbach陣列的基本原理,采用有限元法分析了halbach磁體結構雙轉子電機的磁場分布及空載電勢波形,并對其進行了諧波分析。最后利用能量的虛位移法推導了雙轉子電機的齒槽轉矩,對于halbach磁體雙轉子電機,提出了三種減小轉矩脈動的方法,并通過有限元分析進行了比較,證明了這幾種措施的可行性。 第四部分對雙轉子電機的設計進行了分析,提出了先分別設計內外電機再統一調整的設計方法,最后設計制作了樣機,給出了樣機圖片。并對樣機進行試驗,測量不同轉速下電機的空載電勢波形,電機的電勢-轉速曲線,電機的負載電壓-電流特性曲線,并測量了電樞反應電感數值,通過對比可以得出:試驗值、解析值和有限元值吻合很好。
上傳時間: 2013-08-04
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電氣驅動系統是電動汽車的心臟,主要由驅動電機、功率變換器和控制器等三個子系統構成。本文以TI公司的TMS320LF2407A為系統控制核心,富士公司的IPM模塊為逆變器開關器件,運用空間矢量技術,設計了異步電機變頻調速控制系統。 論文在異步電機數學模型基礎之上,分析了轉速閉環轉差頻率控制系統以及矢量控制系統的控制策略和實現方法;為了給控制系統提供電源,論文設計了使用UC3843作為控制核心的反激型開關穩壓電源,介紹了UC3843以及電源電路的工作原理及設計;論文詳細設計了控制系統的主電路、控制電路以及保護和告警電路;針對電動汽車電機控制器運行環境復雜,處在大量的干擾中,論文從電路板PCB的設計以及控制器機箱內部布局布線等方面充分考慮了其電磁兼容性;根據現場調試的經驗,在實驗室中使用磁粉制動器模擬電機負載搭建了異步電機試驗臺,實驗結果表明了控制系統具有良好的調速性能和較寬的調速范圍。
上傳時間: 2013-04-24
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