永磁同步電機(jī)是同步電機(jī)的一個(gè)重要類型，其轉(zhuǎn)子一般采用稀土永磁材料做激磁磁極，與傳統(tǒng)同步電機(jī)相比，體積和重量大為減小，而且結(jié)構(gòu)簡單，運(yùn)行可靠，維護(hù)更方便。現(xiàn)代電氣傳動(dòng)控制的發(fā)展趨勢之一是開發(fā)新的交流調(diào)速與伺服系統(tǒng)。無論在矢量控制還是標(biāo)量控制中，轉(zhuǎn)速與位置的閉環(huán)控制都需要在電機(jī)軸上安裝一個(gè)速度傳感器，但是由于速度傳感器的引進(jìn)不僅增加了成本，降低了系統(tǒng)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(jī)研究的熱點(diǎn)。 本文在系統(tǒng)介紹卡爾曼濾波器的基礎(chǔ)上，將其引入到永磁同步電機(jī)無速度傳感器狀態(tài)觀測中。由于永磁同步電機(jī)是一個(gè)強(qiáng)耦合的多階非線性系統(tǒng)，本文采用了工程實(shí)際中普遍采用的泰勒展開式截?cái)嗟姆椒ǎ瑢?duì)電機(jī)方程線性化處理，將卡爾曼濾波算法推廣至非線性系統(tǒng)，并加入了反映電機(jī)系統(tǒng)模型誤差和環(huán)境干擾的系統(tǒng)噪聲和測量噪聲模型，形成擴(kuò)展卡爾曼濾波算法。擴(kuò)展卡爾曼濾波器將電機(jī)轉(zhuǎn)子位置與轉(zhuǎn)速作為系統(tǒng)狀態(tài)變量進(jìn)行實(shí)時(shí)估算，并將所得信息反饋到永磁同步電機(jī)控制系統(tǒng)中。通過仿真，與電機(jī)實(shí)際運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行比較，證明了擴(kuò)展卡爾曼濾波具有良好的動(dòng)態(tài)跟蹤能力和抗噪聲能力。 針對(duì)擴(kuò)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(tǒng)狀態(tài)變量，建立新的完全線性化的系統(tǒng)方程，并且卡爾曼濾波算法中的系統(tǒng)協(xié)方差矩陣成為時(shí)不變序列，因此可以直接應(yīng)用線性卡爾曼濾波算法。仿真結(jié)果證明，與擴(kuò)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(shù)調(diào)節(jié)任務(wù)，易于數(shù)字化實(shí)現(xiàn)，不僅具備擴(kuò)展卡爾曼濾波算法的優(yōu)勢，而且在某些性能方面超越了擴(kuò)展卡爾曼濾波算法。 通過分析得知，由于將系統(tǒng)模型不確定性與測量噪聲體現(xiàn)在系統(tǒng)方程中，因此卡爾曼濾波算法在狀態(tài)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(chǔ)，以永磁同步電機(jī)為對(duì)象，以數(shù)字信號(hào)處理器（DSP）為核心，設(shè)計(jì)了電機(jī)狀態(tài)觀測系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案。整個(gè)方案在不增加成本的基礎(chǔ)上，充分利用數(shù)字信號(hào)處理器（DSP）豐富的資源和強(qiáng)大的運(yùn)算能力，通過檢測電機(jī)相電流，實(shí)時(shí)估算出電機(jī)轉(zhuǎn)子位置與轉(zhuǎn)速。本系統(tǒng)可以代替?zhèn)鹘y(tǒng)速度傳感器，為電機(jī)控制系統(tǒng)提供轉(zhuǎn)子位置和轉(zhuǎn)速反饋信息。本文的下一步主要工作便是將此系統(tǒng)付諸實(shí)踐，應(yīng)用于實(shí)際工程中，對(duì)卡爾曼濾波算法在永磁同步電機(jī)無速度傳感器控制方面的性能進(jìn)行進(jìn)一步研究。關(guān)鍵詞：永磁同步電機(jī)；無速度傳感器；卡爾曼濾波
標(biāo)簽： 卡爾曼 濾波算法 永磁同步電機(jī)
上傳時(shí)間： 2013-04-24
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本文分析了永磁同步直線電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行機(jī)理與運(yùn)行特性，并通過坐標(biāo)變換，分別得出了電機(jī)在a—b—c，α—β、d—q坐標(biāo)系下的數(shù)學(xué)模型。針對(duì)永磁同步直線電機(jī)模型的非線性與耦合特性，采用了次級(jí)磁場定向的矢量控制，并使id=0，不但解決了上述問題，還實(shí)現(xiàn)了最大推力電流比控制。為了獲得平穩(wěn)的推力，采用了SVPWM控制，并對(duì)它算法實(shí)現(xiàn)進(jìn)行了研究。 針對(duì)速度環(huán)采用傳統(tǒng)PID控制難以滿足高性能矢量控制系統(tǒng)，通過對(duì)傳統(tǒng)PID控制和模糊控制理論的研究，將兩者相結(jié)合，設(shè)計(jì)出能夠在線自整定的模糊PID控制器。將該控制器代替?zhèn)鹘y(tǒng)的PID控制器應(yīng)用于速度環(huán)，以提高系統(tǒng)的動(dòng)靜態(tài)性能。 在以上分析的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)了永磁同步直線電機(jī)矢量控制系統(tǒng)的軟、硬件。其中電流檢測采用了新穎的電流傳感器芯片IR2175，以解決溫漂問題；速度檢測采用了增量式光柵尺，設(shè)計(jì)了與DSP的接口電路，通過M/T法實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)的測速。最后在Matlab/Simlink下建立了電機(jī)及其矢量控制系統(tǒng)的仿真模型，并對(duì)分別采用傳統(tǒng)PID速度控制器和模糊PID速度控制器的系統(tǒng)進(jìn)行仿真，結(jié)果表明采用模糊PID控制具有更好的動(dòng)態(tài)響應(yīng)性能，能有效的抑制暫態(tài)和穩(wěn)態(tài)下的推力脈動(dòng)，對(duì)于負(fù)載擾動(dòng)具有較強(qiáng)的魯棒性。
上傳時(shí)間： 2013-07-04
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隨著全球汽車保有量的與日俱增，能源危機(jī)和環(huán)境污染正逐漸成為制約世界汽車工業(yè)發(fā)展的瓶頸。而新興的混合動(dòng)力汽車（HEV）在節(jié)能和排放上的優(yōu)越性正逐步體現(xiàn)出來。由于采用“油、電”配合的方式來驅(qū)動(dòng)車體，其所搭載電動(dòng)機(jī)及其驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)的研究則成為混合動(dòng)力汽車研發(fā)中的關(guān)鍵技術(shù)之一，它直接決定著整車的動(dòng)力性，燃油經(jīng)濟(jì)性和排放指標(biāo)。 論文首先比較了常見的幾種電動(dòng)汽車的性能，概括了混合動(dòng)力汽車的優(yōu)點(diǎn)，介紹了混合動(dòng)力汽車電機(jī)及其控制系統(tǒng)技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀；其次探討了幾種常用交流電動(dòng)機(jī)的性能優(yōu)劣，由于永磁同步電機(jī)具有高效、高功率密度以及良好的調(diào)速性能，本文混合動(dòng)力汽車傳動(dòng)系統(tǒng)選用永磁同步電機(jī)；根據(jù)混合動(dòng)力汽車所搭載電動(dòng)機(jī)在功率和扭矩上的要求以及永磁同步電機(jī)在結(jié)構(gòu)上的特點(diǎn)，選取了發(fā)動(dòng)機(jī)電機(jī)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)布置形式；論文建立了永磁同步電動(dòng)機(jī)的數(shù)學(xué)模型，分析了永磁同步電動(dòng)機(jī)矢量控制的原理；設(shè)計(jì)了基于TMS320F2812DSP的永磁同步電動(dòng)機(jī)矢量控制系統(tǒng)，詳細(xì)闡述了功率驅(qū)動(dòng)電路，速度及位置檢測電路，電流反饋及過流保護(hù)電路，CAN通訊模塊等系統(tǒng)中重要的組成單元；軟件采用模塊化的結(jié)構(gòu)，闡述了關(guān)鍵子程序如電流采集、位置檢測程序和SVPWM產(chǎn)生子程序。 最后，搭建了實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，對(duì)硬件進(jìn)行了調(diào)試和修改，通過樣機(jī)及系統(tǒng)臺(tái)架試驗(yàn)，取得了大量的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，檢驗(yàn)了所設(shè)計(jì)樣機(jī)的特性，發(fā)現(xiàn)其制作過程中的不足，并實(shí)現(xiàn)了電機(jī)控制系統(tǒng)的閉環(huán)控制，從而達(dá)到了對(duì)混合動(dòng)力汽車用永磁同步電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)的探索與研究的目的。
標(biāo)簽： 2812 DSP 混合動(dòng)力
上傳時(shí)間： 2013-05-23
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應(yīng)用于電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)領(lǐng)域的永磁同步電機(jī)交流驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)是由永磁同步電機(jī)、電力電子技術(shù)和控制技術(shù)相結(jié)合而形成的新型交流驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。因其具有良好的運(yùn)行性能而成為當(dāng)代電氣傳動(dòng)領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)之一。 永磁同步電機(jī)是一個(gè)多變量、非線性、高強(qiáng)耦合的系統(tǒng)，其輸出轉(zhuǎn)矩與定子電流不成正比，而是復(fù)雜的函數(shù)關(guān)系，因此要得到好的控制性能，需要進(jìn)行磁場解耦。矢量變換控制技術(shù)正好適用于永磁同步電機(jī)的這種特點(diǎn)。 本文在數(shù)字電機(jī)控制專用DSP芯片TMS320LF2407的基礎(chǔ)上，以永磁同步電機(jī)為研究對(duì)象，對(duì)其矢量控制技術(shù)進(jìn)行了研究和設(shè)計(jì)。 首先課題根據(jù)永磁同步電機(jī)實(shí)際物理模型，分析推導(dǎo)得到了永磁同步電機(jī)的三相靜止坐標(biāo)系下及兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的數(shù)學(xué)模型。 接著課題對(duì)永磁同步電機(jī)運(yùn)行特性進(jìn)行了分析和研究。在此基礎(chǔ)上，課題提出了一種新型的永磁同步電機(jī)矢量控制系統(tǒng)，在這個(gè)系統(tǒng)上，課題提出了應(yīng)用不同矢量控制策略的矢量控制方法，并對(duì)其做了仿真驗(yàn)證。 結(jié)果表明，課題設(shè)計(jì)的系統(tǒng)以及應(yīng)用不同矢量控制策略的矢量控制方法準(zhǔn)確可行。 這個(gè)控制系統(tǒng)便于實(shí)現(xiàn)多種矢量控制方法，為永磁同步電機(jī)擴(kuò)速增效提供了理論平臺(tái)。 在理論分析、仿真通過基礎(chǔ)上，課題對(duì)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的硬件和軟件兩個(gè)方面進(jìn)行了具體的設(shè)計(jì)。 課題完成了DSP控制系統(tǒng)關(guān)鍵硬件電路的設(shè)計(jì)，并設(shè)計(jì)制作了一塊應(yīng)用SCALE模塊的IGBT驅(qū)動(dòng)電路，此驅(qū)動(dòng)電路響應(yīng)迅速、抗干擾性強(qiáng)，驅(qū)動(dòng)性能優(yōu)越。此外，課題完成了永磁同步電機(jī)矢量控制系統(tǒng)全數(shù)字化設(shè)計(jì)，調(diào)試通過了速度位置檢測、電流檢測、PI調(diào)節(jié)、坐標(biāo)變換等應(yīng)用模塊。 課題最后對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的做了全面的總結(jié)，并對(duì)今后的工作方向進(jìn)行了展望。
標(biāo)簽： DSP 永磁同步電機(jī) 技術(shù)研究
上傳時(shí)間： 2013-06-22
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異步電動(dòng)機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制技術(shù)是近年來發(fā)展起來的一種新型、高性能交流調(diào)速技術(shù)。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(diào)整定子磁鏈與轉(zhuǎn)子磁鏈的夾角大小，從而對(duì)電機(jī)轉(zhuǎn)矩進(jìn)行直接控制以獲得良好的動(dòng)態(tài)性能。 論文首先探討了直接轉(zhuǎn)矩控制技術(shù)的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢，闡述了直接轉(zhuǎn)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(xì)介紹了直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)主要模塊的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)。在分析交流異步電機(jī)動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型、轉(zhuǎn)矩和磁鏈計(jì)算方程的基礎(chǔ)上，分析了直接轉(zhuǎn)矩控制的異步電動(dòng)機(jī)在低速運(yùn)行時(shí)存在轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)和轉(zhuǎn)速波動(dòng)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(dòng)機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制方法，由電機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩公式和合成電壓矢量理論推導(dǎo)了直接計(jì)算占空比的方法，在不影響系統(tǒng)各方面性能指標(biāo)的情況下使降低轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)的計(jì)算量大大減少，方便了計(jì)算和使用。兩種方法均具有系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單、占空比計(jì)算量小等優(yōu)點(diǎn)。研究結(jié)果驗(yàn)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(jīng)元控制器，使系統(tǒng)的動(dòng)靜態(tài)性能得到了提高。接著對(duì)利用空間電壓矢量調(diào)制的直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)進(jìn)行了研究。仿真結(jié)果表明此種方法能夠有效的降低轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)，使系統(tǒng)性能得到提高。 以TMS320F2812DSP為CPU搭建了直接轉(zhuǎn)矩控制硬件實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，調(diào)試了硬件電路。編寫了相關(guān)軟件流程圖和程序清單。
標(biāo)簽： DSP 異步電動(dòng)機(jī) 直接轉(zhuǎn)矩控制
上傳時(shí)間： 2013-04-24
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隨著國內(nèi)交流伺服電機(jī)等硬件技術(shù)逐步成熟，高運(yùn)算能力的控制芯片與電機(jī)控制技術(shù)相結(jié)合，具有高效、節(jié)能和可移植性好等特點(diǎn)，這樣使得交流伺服系統(tǒng)成為現(xiàn)代電機(jī)伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的一個(gè)發(fā)展趨勢。 本文主要是基于MCU研究和設(shè)計(jì)了交流永磁電機(jī)位置伺服控制系統(tǒng)。針對(duì)三相永磁同步電機(jī)的物理方程，通過坐標(biāo)轉(zhuǎn)換，在d-q旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下建立轉(zhuǎn)矩方程，采用Id=0的矢量控制策略，建立一套完整的全數(shù)字交流位置伺服控制系統(tǒng)。 硬件方面，采用的是瑞薩公司專用電機(jī)控制Tiny系列芯片M30262F8作為控制芯片，并由三菱公司的第三代IPM模塊PS21564實(shí)現(xiàn)功率驅(qū)動(dòng)，簡化了系統(tǒng)電路，縮小了系統(tǒng)的體積，提高了系統(tǒng)的可靠性。由交流電流傳感器檢測三相定子繞組電流；由增量式磁性編碼器檢測永磁轉(zhuǎn)子位置，并設(shè)計(jì)一種比較快速的轉(zhuǎn)子初始檢測方法。 軟件方面，采用結(jié)構(gòu)化語言C和單片機(jī)M16C匯編語言混編，實(shí)現(xiàn)了單片機(jī)初始化、三環(huán)控制、電流跟隨型PWM控制，提高編寫代碼的效率，同時(shí)保證系統(tǒng)的實(shí)時(shí)控制性能；由軟件方式實(shí)現(xiàn)經(jīng)典PID控制和簡單模糊控制相結(jié)合構(gòu)成“串聯(lián)校正”閉環(huán)控制系統(tǒng)，提高了系統(tǒng)的快速性和抗干擾能力。此外，本文對(duì)控制策略進(jìn)行了研究，闡述了模糊PID控制策略；還介紹了SPWM、SVPWM和跟隨型PWM調(diào)制。 實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，本文所設(shè)計(jì)的伺服控制系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)電機(jī)的啟動(dòng)，調(diào)速和定位等，并能達(dá)到系統(tǒng)的性能指標(biāo)。
標(biāo)簽： 位置伺服 控制系統(tǒng)
上傳時(shí)間： 2013-05-19
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隨著現(xiàn)代電機(jī)技術(shù)、現(xiàn)代電力電子技術(shù)、微電子技術(shù)、控制技術(shù)及計(jì)算機(jī)技術(shù)等支撐技術(shù)的快速發(fā)展，先前困擾著交流伺服系統(tǒng)的電機(jī)控制復(fù)雜、調(diào)速性能差等問題取得了突破性的進(jìn)展。交流伺服系統(tǒng)的性能日漸提高，價(jià)格趨于合理。交流伺服系統(tǒng)取代直流伺服系統(tǒng)尤其是在高精度、高性能要求的伺服驅(qū)動(dòng)領(lǐng)域成了現(xiàn)代伺服控制系統(tǒng)的一個(gè)發(fā)展趨勢。由于感應(yīng)電機(jī)具有結(jié)構(gòu)堅(jiān)固，制造容易，價(jià)格低廉等優(yōu)勢，因而感應(yīng)電機(jī)伺服系統(tǒng)具有很好的發(fā)展前景，代表了將來交流伺服技術(shù)的發(fā)展方向。 首先，本文結(jié)合大量的文獻(xiàn)資料，總結(jié)和分析了當(dāng)前交流伺服系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀，明確了加強(qiáng)開發(fā)交流感應(yīng)電機(jī)伺服系統(tǒng)的意義。 其次，深入研究了矢量控制的坐標(biāo)變換理論和交流感應(yīng)電機(jī)的數(shù)學(xué)模型。在此基礎(chǔ)闡述了基于轉(zhuǎn)子磁場定向的矢量控制原理，建立其相應(yīng)的控制方程。結(jié)合空間矢量脈寬調(diào)制(SVPWM)的原理，提出了交流伺服系統(tǒng)的控制方案。 再次，本研究以DSP TMS320F2812A為核心控制單元，以一體化智能功率模塊(ASIPM)為功率電路主體，基于模塊化設(shè)計(jì)原則設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)了一臺(tái)軟、硬件結(jié)合的全數(shù)字化控制系統(tǒng)；并對(duì)設(shè)計(jì)中的一些關(guān)鍵環(huán)節(jié)進(jìn)行了理論研究和實(shí)踐探索。 最后，對(duì)感應(yīng)電機(jī)伺服系統(tǒng)進(jìn)行了試驗(yàn)研究。本文通過實(shí)驗(yàn)分析，驗(yàn)證了系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案的有效性和可行性，并指出了系統(tǒng)進(jìn)一步的改進(jìn)方向。
標(biāo)簽： DSP 交流伺服 控制系統(tǒng)
上傳時(shí)間： 2013-06-01
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無刷直流電機(jī)具有體積小、重量輕、效率高和轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小等優(yōu)點(diǎn)，另外它還具有和直流電機(jī)一樣的調(diào)速特性，而沒有直流電機(jī)復(fù)雜的機(jī)械換相設(shè)備，所以被廣泛應(yīng)用于伺服控制、數(shù)控機(jī)床、機(jī)器人等工業(yè)領(lǐng)域，現(xiàn)代工業(yè)的快速發(fā)展對(duì)無刷直流電機(jī)控制系統(tǒng)的性能提出了更高的要求。因此，研究具有響應(yīng)速度快、調(diào)節(jié)能力強(qiáng)、控制精度高的無刷直流電機(jī)控制系統(tǒng)具有十分重要的意義。 直接轉(zhuǎn)矩控制是一種高性能的電機(jī)控制方法，它已經(jīng)成熟的應(yīng)用在感應(yīng)電機(jī)和永磁同步電機(jī)上，實(shí)現(xiàn)了優(yōu)良的穩(wěn)態(tài)性能和動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性。本文通過大量的文獻(xiàn)資料閱讀，對(duì)無刷直流電機(jī)及其相關(guān)技術(shù)的發(fā)展、現(xiàn)狀和趨勢有了一個(gè)比較全面的理解，在此基礎(chǔ)上，詳細(xì)分析了無刷直流電機(jī)的數(shù)學(xué)模型，并提出了一套相應(yīng)的直接轉(zhuǎn)矩控制方案，建立了仿真和試驗(yàn)平臺(tái)，進(jìn)行了仿真分析和實(shí)驗(yàn)研究，獲得了有價(jià)值的研究成果。 本文的主要研究內(nèi)容包括： (1)詳細(xì)分析了無刷直流電機(jī)的運(yùn)行機(jī)理和數(shù)學(xué)模型，在此基礎(chǔ)上闡述無刷直流電機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制的基本控制機(jī)理，包括基于逆變器二二導(dǎo)通模式的空間電壓矢量的定義和針對(duì)無刷直流電機(jī)具有非正弦波反電動(dòng)勢這一特點(diǎn)而推導(dǎo)的轉(zhuǎn)矩計(jì)算公式等。 (2)提出了一套無刷直流電機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制的具體實(shí)施方案，并根據(jù)這套方案建立了基于Simulink(Matlab)的無刷直流電機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制的仿真模型，對(duì)所提出的控制方案進(jìn)行了仿真分析。仿真結(jié)果驗(yàn)證了該方案在理論上的可行性。 (3)在理論研究的基礎(chǔ)之上，設(shè)計(jì)研制了一套基于DSP+IPM的無刷直流電機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，編寫了控制程序軟件，進(jìn)行了無刷直流電機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制的實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果達(dá)到了預(yù)期的要求，證實(shí)了直接轉(zhuǎn)矩控制在改善無刷直流電機(jī)動(dòng)態(tài)調(diào)速性能上的優(yōu)勢。 本論文開展了繼異步電機(jī)和永磁同步電機(jī)之后對(duì)無刷直流電機(jī)實(shí)現(xiàn)直接轉(zhuǎn)矩控制的探索性研究工作。通過理論分析、計(jì)算機(jī)仿真和實(shí)驗(yàn)得出了一些有意義的經(jīng)驗(yàn)和結(jié)論，為課題的進(jìn)一步深入開展奠定了基礎(chǔ)。
標(biāo)簽： 無刷直流電機(jī) 直接轉(zhuǎn)矩控制
上傳時(shí)間： 2013-07-11
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直接轉(zhuǎn)矩控制技術(shù)在電力機(jī)車牽引、汽車工業(yè)以及家用電器等工業(yè)控制領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。在運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)中，直接轉(zhuǎn)矩控制作為一種新型的交流調(diào)速技術(shù)，其控制思想新穎、控制結(jié)構(gòu)簡單、控制手段直接、轉(zhuǎn)矩響應(yīng)迅速，正在運(yùn)動(dòng)控制領(lǐng)域中發(fā)揮著巨大的作用。雖然直接轉(zhuǎn)矩控制的優(yōu)勢是矢量控制所不能實(shí)現(xiàn)的，但是直接轉(zhuǎn)矩控制依然存在一系列不能忽視的問題。直接轉(zhuǎn)矩控制采用兩點(diǎn)式轉(zhuǎn)矩和磁鏈滯環(huán)控制器，使轉(zhuǎn)矩和磁鏈被控制在給定值的一定范圍以內(nèi)，這種控制方法不可避免地帶來電機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)過大和逆變器開關(guān)頻率不恒定等問題。直接轉(zhuǎn)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(jì)定子磁鏈，這樣在低速運(yùn)行時(shí)會(huì)帶來磁鏈估計(jì)的誤差。雖然在全速范圍內(nèi)估計(jì)定子磁鏈運(yùn)用低速時(shí)采用的電流-轉(zhuǎn)速模型和高速時(shí)采用的電壓-電流模型的合成模型，即電壓-轉(zhuǎn)速模型，然而兩種模型的平滑切換又是一個(gè)新的問題。直接轉(zhuǎn)矩控制在基頻以下調(diào)速的理論和應(yīng)用已經(jīng)實(shí)現(xiàn)，在基頻以上的弱磁調(diào)速范圍內(nèi)的理論和應(yīng)用還需要進(jìn)一步的研究。 為了解決這些問題，本文針對(duì)異步電動(dòng)機(jī)在兩相靜止坐標(biāo)系下的數(shù)學(xué)模型，對(duì)傳統(tǒng)直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)和兩種改進(jìn)的直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)進(jìn)行了研究。在傳統(tǒng)直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)中，詳細(xì)討論了定子磁鏈估計(jì)的三種基本模型，設(shè)計(jì)了定子磁鏈估計(jì)的加權(quán)模型，使電機(jī)在全速運(yùn)行的范圍內(nèi)都能夠得到準(zhǔn)確的定子磁鏈。針對(duì)轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)過大和逆變器開關(guān)頻率不恒定的問題，本文設(shè)計(jì)了兩種改進(jìn)的直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)。在基于占空比控制的直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)中，通過對(duì)一個(gè)采樣周期內(nèi)非零電壓矢量作用時(shí)間占采樣周期的占空比的優(yōu)化，解決了轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)過大的問題；在一個(gè)采樣周期內(nèi)，從非零電壓矢量到零電壓矢量的轉(zhuǎn)換只有一次，實(shí)現(xiàn)了開關(guān)頻率的恒定。在基于滑模變結(jié)構(gòu)的直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)中，本文設(shè)計(jì)了轉(zhuǎn)矩和磁鏈滑模變結(jié)構(gòu)控制器代替?zhèn)鹘y(tǒng)直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)中的轉(zhuǎn)矩和磁鏈滯環(huán)控制器；運(yùn)用空間矢量脈寬調(diào)制技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了開關(guān)頻率的恒定。本文把傳統(tǒng)直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)和兩種改進(jìn)的直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)擴(kuò)展到基頻以上的弱磁范圍內(nèi)的異步電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)中，對(duì)其進(jìn)行了相關(guān)研究。 為了驗(yàn)證上述各種控制系統(tǒng)的正確性和有效性，本文采用Matlab/Simulink仿真軟件對(duì)其進(jìn)行了仿真驗(yàn)證。針對(duì)傳統(tǒng)直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)，對(duì)定子磁鏈估計(jì)的加權(quán)模型進(jìn)行了仿真驗(yàn)證。仿真結(jié)果表明所設(shè)計(jì)的定子磁鏈的加權(quán)模型能夠在電機(jī)運(yùn)行的全速范圍內(nèi)準(zhǔn)確地估計(jì)定子磁鏈。針對(duì)基于占空比控制的直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)和基于滑模變結(jié)構(gòu)的直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)，本文分別對(duì)負(fù)載轉(zhuǎn)矩有擾動(dòng)和無擾動(dòng)、給定轉(zhuǎn)速為恒定值和不為恒定值四種情況進(jìn)行了仿真驗(yàn)證，并分別和傳統(tǒng)直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)的仿真結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比。仿真結(jié)果表明，兩種改進(jìn)的直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)均能有效的減小轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)和轉(zhuǎn)速的穩(wěn)態(tài)誤差。針對(duì)電機(jī)運(yùn)行在基頻以上的弱磁調(diào)速情形，本文運(yùn)用三種不同的直接轉(zhuǎn)矩控制方法分別進(jìn)行了仿真驗(yàn)證。仿真結(jié)果表明，兩種改進(jìn)的直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)在弱磁調(diào)速范圍內(nèi)依然優(yōu)于傳統(tǒng)直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)，依然能夠減小轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)和轉(zhuǎn)速的穩(wěn)態(tài)誤差。
標(biāo)簽： 異步電機(jī) 直接轉(zhuǎn)矩 控制理論
上傳時(shí)間： 2013-04-24
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跑步運(yùn)動(dòng)是人們喜愛的運(yùn)動(dòng)方式之一，借助電動(dòng)跑步機(jī)進(jìn)行跑步運(yùn)動(dòng)簡單方便，已成為新的運(yùn)動(dòng)時(shí)尚。電動(dòng)跑步機(jī)已經(jīng)成為一種大眾健身器材，市場前景極為廣闊。 目前電動(dòng)跑步機(jī)大多采用有刷直流電動(dòng)機(jī)或交流變頻電機(jī)作為驅(qū)動(dòng)電機(jī)，本文研究采用外轉(zhuǎn)子直接驅(qū)動(dòng)無刷直流電動(dòng)機(jī)的電動(dòng)跑步機(jī)。其主要優(yōu)點(diǎn)在于：一是省去了傳統(tǒng)電動(dòng)跑步機(jī)的減速機(jī)構(gòu)，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，運(yùn)行可靠，效率高；二是無刷電機(jī)驅(qū)動(dòng)具有優(yōu)良的調(diào)速和控制性能，可以提升電動(dòng)跑步機(jī)品質(zhì)，實(shí)現(xiàn)智能化；三是無刷電機(jī)驅(qū)動(dòng)性價(jià)比高，更具市場競爭力。因此，進(jìn)行電動(dòng)跑步機(jī)外轉(zhuǎn)子無刷直流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)及控制系統(tǒng)的研究具有較高的理論意義和工程實(shí)用價(jià)值。 本文首先綜述了電動(dòng)跑步機(jī)及其電機(jī)驅(qū)動(dòng)的現(xiàn)狀、發(fā)展趨勢以及外轉(zhuǎn)子無刷計(jì)特點(diǎn)、分?jǐn)?shù)槽繞組及其控制器；應(yīng)用電機(jī)磁場有限元軟件MAGNEFORCE研究了不同極/槽配合無刷電機(jī)的磁場分布和不同極弧系數(shù)對(duì)電機(jī)性能的影響；在此基礎(chǔ)上試制了電動(dòng)跑步機(jī)外轉(zhuǎn)子無刷直流電動(dòng)機(jī)樣機(jī)并進(jìn)行初步性能試驗(yàn)；運(yùn)用MATLAB對(duì)外轉(zhuǎn)子無刷直流電動(dòng)機(jī)進(jìn)行系統(tǒng)仿真分析。
標(biāo)簽： 電動(dòng) 無刷電機(jī) 控制
上傳時(shí)間： 2013-04-24
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