永磁無刷直流電動機是一種機械、電氣、電子一體化的高技術產品，具有結構簡單、運行可靠、使用壽命長等優(yōu)點，在現(xiàn)代輕重工業(yè)中應用廣泛。現(xiàn)代工業(yè)技術和生產需求的快速發(fā)展對永磁無刷直流電動機控制系統(tǒng)的性能要求不斷提高，因此研究具有響應速度快、調節(jié)能力強、控制精度高的無刷直流電動機控制系統(tǒng)具有十分重要的意義。 本文介紹了永磁無刷直流電動機控制系統(tǒng)的組成和研究方向，介紹了英飛凌XC167Cl高性能16位單片機，進而對永磁無刷直流電動機的類型進行了介紹，同時分析了永磁無刷直流電動機的工作原理，建立了比較完善的數學模型，并詳細闡述了轉矩脈動產生的原因和消除轉矩脈動的一般方法。 本文設計并實現(xiàn)了基于英飛凌XC167Cl高性能16位單片機的轉速和電流雙閉環(huán)永磁無刷直流電動機控制系統(tǒng)。系統(tǒng)采用PWM方式實現(xiàn)對電機的控制。轉速和電流雙閉環(huán)數字PI器的應用使得控制系統(tǒng)具有良好的動態(tài)和靜態(tài)性能。單片機和液晶顯示與鍵盤給定模塊之間的串行通信實現(xiàn)了控制系統(tǒng)信息在人機間的傳輸，為系統(tǒng)的調試帶來了靈活性，也為控制系統(tǒng)中參數的實時監(jiān)控和給定提供了方便。 在本文的最后，就采集到的部分波形，分析了實驗結果，并提出了對本系統(tǒng)的總結和展望。 實驗表明，本文所采用的英飛凌XC167Cl高性能16位單片機具有極高的性能，以其為核心的控制系統(tǒng)具有運行性能良好、調試方便、升級換代容易等特點，為后續(xù)的研究工作提供了實驗基礎和借鑒。
上傳時間： 2013-05-25
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混合動力電動汽車(HEV)作為降低城市汽車尾氣污染、減少油耗和調整能源結構的行業(yè)新技術，前景十分廣闊，日益受到人們的關注，其開發(fā)也成為新的熱點。驅動電機及其控制系統(tǒng)是HEV的核心部分，其性能的優(yōu)劣很大程度上決定了車輛的動態(tài)性能，因此對其進行研究具有重要的理論意義和應用價值。 本文主要研究混合動力車用交流驅動電機控制系統(tǒng)，以高性能的數字信號處理器(DSP)為核心，采用轉子磁鏈定向矢量控制(FOC)算法，設計了一種基于DSP的交流驅動電機控制器。主要研究內容如下： 首先，在分析國內外研究狀況和比較幾種常用驅動電機的基礎上，結合HEV對驅動電機的特性要求，選擇交流異步電機作為HEV的驅動電機和基于轉子磁鏈定向的矢量控制技術作為系統(tǒng)開發(fā)方案。 其次，以交流異步電機的動態(tài)數學模型為基礎建立了轉子磁鏈位置的電流計算模型，實現(xiàn)交流電機轉矩和勵磁電流分量的有效解耦。結合矢量控制理論及電壓空間矢量脈寬調制(SVPWM)技術給出了混合動力車用驅動電機矢量控制系統(tǒng)結構框圖。 最后，以一臺5kw異步電機作為控制對象，搭建了系統(tǒng)主電路。系統(tǒng)控制電路以TMS32OLF2407A DSP為核心，由電流、電壓及速度等檢測模塊和CAN總線通信模塊組成。系統(tǒng)以CCS2集成開發(fā)環(huán)境為平臺，采用匯編語言編程，設計了基于DSP的矢量控制具體的軟件實現(xiàn)方法，實現(xiàn)了全數字化的HEV驅動電機矢量控制系統(tǒng)。論文給出了驅動電機運行的調試結果并進行了分析。 實驗表明該控制系統(tǒng)響應速度快，電壓利用率高，動態(tài)性能好，能夠滿足HEV對驅動電機動態(tài)和靜態(tài)性能的要求，對開發(fā)出低成本、高性能的電機驅動控制系統(tǒng)具有實用價值。
上傳時間： 2013-07-06
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由于電動助力轉向（EPS）系統(tǒng)具有高性能、高效率、低成本、節(jié)能環(huán)保等優(yōu)點，隨著汽車電子技術的發(fā)展，電動助力轉向技術逐漸取代傳統(tǒng)的液壓助力轉向（HPS），成為轉向助力技術的主流。 @@ 本文在詳細了解EPS系統(tǒng)性能要求和工作原理的基礎上，對各種已有的EPS助力電機進行了總結和比較。對比結果表明，無刷直流電機（BLDC）憑借其顯著的優(yōu)點，成為EPS助力電機的較優(yōu)選擇。 @@ 無刷直流電機作為一種由電動機本體和驅動器組成的機電一體化產品，與傳統(tǒng)的直流電機一樣，具有良好的起動和調速性能，并且由于用電子換向取代了機械換向，不存在傳統(tǒng)直流電機的換向火花和機械噪聲，在許多性能要求比較高的場合已得到普遍應用。隨著電力電子技術、計算機技術的發(fā)展，其應用范圍還在進一步擴展。然而，BLDC電機作為EPS系統(tǒng)的助力電機也并非全無缺點。永磁電機中固有的齒槽轉矩的存在，以及由于采用120°換向工作模式造成的轉矩波動，都會嚴重影響EPS系統(tǒng)的操控性能。 @@ 本課題針對無刷直流電機在汽車電動助力轉向系統(tǒng)中的應用，根據EPS系統(tǒng)對助力電機的要求，設計了一臺轉向助力用永磁無刷直流電動機，并使用有限元方法對電機性能進行了分析。為了反映參數變化對電機性能的影響，從而為電機的設計提供指導，我們還用場路耦合的解析算法對電機性能進行了分析。在分析結果的基礎上，對永磁電機中的齒槽轉矩進行了研究，并針對樣機提出了齒槽轉矩的削弱方法，然后使用三維有限元的方式對所提出的方法進行了仿真驗證。 @@ 根據EPS系統(tǒng)的工作原理，探討了助力電機的控制策略，并設計了帶傳感器的無刷直流電機的控制系統(tǒng)。分別完成控制系統(tǒng)硬件和軟件的設計，并進行了相關實驗，結果表明基本達到了設計的目標。 @@關鍵詞：EPS、無刷直流電機、電機設計與優(yōu)化、有限元、控制器設計
上傳時間： 2013-07-29
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電源是電子設備的重要組成部分，其性能的優(yōu)劣直接影響著電子設備的穩(wěn)定性和可靠性。隨著電子技術的發(fā)展，電子設備的種類越來越多，其對電源的要求也更加靈活多樣，因此如何很好的解決系統(tǒng)的電源問題已經成為了系統(tǒng)成敗的關鍵因素。 本論文研究選取了BICMOS工藝，具有功耗低、集成度高、驅動能力強等優(yōu)點。根據電流模式的PWM控制原理，研究設計了一款基于BICMOS工藝的雙相DC-DC電源管理芯片。本電源管理芯片自動控制兩路單獨的轉換器工作，兩相結構能提供大的輸出電流，但是在開關上的功耗卻很低。芯片能夠精確的調整CPU核心電壓，對稱不同通道之間的電流。本電源管理芯片單獨檢測每一通道上的電流，以精確的獲得每個通道上的電流信息，從而更好的進行電流對稱以及電路的保護。 文中對該DC-DC電源管理芯片的主要功能模塊，如振蕩器電路、鋸齒波發(fā)生電路、比較器電路、平均電流電路、電流檢測電路等進行了設計并給出了仿真驗證結果。該芯片只需外接少數元件就可構成一個高性能的雙相DC-DC開關電源，可廣泛應用于CPU供電系統(tǒng)等。 通過應用Hspice軟件對該變換器芯片的主要模塊電路進行仿真，驗證了設計方案和理論分析的可行性和正確性，同時在芯片模塊電路設計的基礎上，應用0.8μmBICMOS工藝設計規(guī)則完成了芯片主要模塊的版圖繪制，編寫了DRC、LVS文件并驗證了版圖的正確性。所設計的基于BICMOS工藝的DC-DC電源管理芯片的均流控制電路達到了預期的要求。
上傳時間： 2013-06-06
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在太陽能路燈控制系統(tǒng)中，引入最大功率跟蹤技術（簡稱為MPPT），不僅降低了成本，還提高了太陽能路燈的可靠性。太陽能路燈的控制系統(tǒng)采用C8051F330D作為核心器件。其主電路為Buck電路，采用MPPT技術，增強了太陽能光伏電池的轉換效率。本論文著重對太陽能路燈控制系統(tǒng)的硬件電路設計，并設置MPPT技術電路的主要器件的參數，對整個路燈控制系統(tǒng)的設計流程進行了分析。 論文綜述了太陽能光伏發(fā)電及控制技術以及我國在路燈照明應用方面的發(fā)展情況。對太陽能光伏電池的輸入-輸出特性，在不同外界環(huán)境的太陽能電池板的輸出狀況進行了分析對比，結合整個系統(tǒng)的工作能力，對負載選用依據及所選負載參數、蓄電池充放電控制原理進行分析。對采用MPPT技術的小功率光伏發(fā)電路燈控制系統(tǒng)做了較為詳細的介紹，主要包括MPPT的硬件電路原理及電路中各元器件的參數的選定，以及控制系統(tǒng)中防反接保護、過流保護、信號采集、CPU控制、功率管驅動電路及電源電路等電路設計，還有其它器件的選定和控制器的散熱等。也對整個系統(tǒng)的軟件設計予以闡述，從CPU的性能、開發(fā)工具、主控制程序、MPPT技術控制程序、濾波、穩(wěn)壓、定時、蓄電池充放電控制等程序具體設計逐一分析。論文最后對全文的工作做了總結，對實驗數據進行了比較分析，并對太陽能路燈的優(yōu)缺點進行概括。并對設計的實驗結果、實用性進行了總結，并指出本設計中優(yōu)點與不足，為后續(xù)研究提供了參考方向。
標簽： MPPT 光伏 路燈控制系統(tǒng)
上傳時間： 2013-06-15
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本文簡要介紹了無刷直流電動機的發(fā)展歷程和未來的發(fā)展趨勢。通過分析無刷直流電動機工作的基本原理和無刷直流電動機的數學模型，建立了基于Simulink的動態(tài)仿真模型。通過對無位置傳感器無刷直流電動機轉子位置檢測算法的分析和磁鏈與轉子位置的相應關系的分析，本文使用磁鏈關系函數判斷轉子位置的算法，并基于Simulink建立了算法模型進行仿真分析驗證，從仿真得到的結果可知，此位置檢測算法是可行的。 @@ 在文中進行了轉矩脈動原因分析，并對換相轉矩脈動進行補償。在低速時采用電流滯環(huán)進行補償，高速時采用單斬波調制方式進行補償。通過對三段式啟動方法的分析和結合本文所采用的轉子位置檢測算法，本文采用兩步啟動方式，通過仿真分析證明是可行的。分析了經典PID調節(jié)算法和專家PID調節(jié)算法。對傳統(tǒng)PID控制中出現(xiàn)的問題，本文把變參數PID調節(jié)算法應用到無位置傳感器無刷直流電動機控制上。并建立了仿真模型，進行仿真分析。從仿真分析的結果可知其控制性能優(yōu)于傳統(tǒng)的PID調節(jié)算法。 @@ 文中介紹了TMS320LF2407A芯片和IR2130功率集成驅動器的結構和特點。在系統(tǒng)硬件設計中以TMS320LF2407A芯片為核心，設計了控制系統(tǒng)電路、功率驅動電路、電流電壓檢測電路、功率管過電壓保護電路、啟動限流電路、轉速調節(jié)電路。 @@ 在系統(tǒng)軟件設計中，主要實現(xiàn)了電機的起停、轉子位置計算、轉速計算和轉速閉環(huán)控制的功能。用DSP實現(xiàn)脈沖調制輸出和信號采樣。 @@關鍵詞：無位置傳感器；無刷直流電動機；間接位置檢測；磁鏈關系函數
標簽： DSP 無位置傳感器 控制系統(tǒng)設計
上傳時間： 2013-04-24
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應用于電動汽車驅動領域的永磁同步電機交流驅動系統(tǒng)是由永磁同步電機、電力電子技術和控制技術相結合而形成的新型交流驅動系統(tǒng)。因其具有良好的運行性能而成為當代電氣傳動領域研究的熱點之一。 永磁同步電機是一個多變量、非線性、高強耦合的系統(tǒng)，其輸出轉矩與定子電流不成正比，而是復雜的函數關系，因此要得到好的控制性能，需要進行磁場解耦。矢量變換控制技術正好適用于永磁同步電機的這種特點。 本文在數字電機控制專用DSP芯片TMS320LF2407的基礎上，以永磁同步電機為研究對象，對其矢量控制技術進行了研究和設計。 首先課題根據永磁同步電機實際物理模型，分析推導得到了永磁同步電機的三相靜止坐標系下及兩相旋轉坐標系下的數學模型。 接著課題對永磁同步電機運行特性進行了分析和研究。在此基礎上，課題提出了一種新型的永磁同步電機矢量控制系統(tǒng)，在這個系統(tǒng)上，課題提出了應用不同矢量控制策略的矢量控制方法，并對其做了仿真驗證。 結果表明，課題設計的系統(tǒng)以及應用不同矢量控制策略的矢量控制方法準確可行。 這個控制系統(tǒng)便于實現(xiàn)多種矢量控制方法，為永磁同步電機擴速增效提供了理論平臺。 在理論分析、仿真通過基礎上，課題對驅動系統(tǒng)的硬件和軟件兩個方面進行了具體的設計。 課題完成了DSP控制系統(tǒng)關鍵硬件電路的設計，并設計制作了一塊應用SCALE模塊的IGBT驅動電路，此驅動電路響應迅速、抗干擾性強，驅動性能優(yōu)越。此外，課題完成了永磁同步電機矢量控制系統(tǒng)全數字化設計，調試通過了速度位置檢測、電流檢測、PI調節(jié)、坐標變換等應用模塊。 課題最后對整個系統(tǒng)的做了全面的總結，并對今后的工作方向進行了展望。
上傳時間： 2013-06-22
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無功補償對于現(xiàn)代電力系統(tǒng)的運行與穩(wěn)定性來說是必不可少的。靜止無功發(fā)生器(SVG)經過了三十多年的發(fā)展,已經在無功補償技術上得到廣泛的應用。它具備優(yōu)越的動態(tài)性能,可以大大提高電力系統(tǒng)的電壓調整能力和系統(tǒng)穩(wěn)定性,進而提高電力系統(tǒng)的輸電能力。在我國,充分發(fā)揮SVG的作用,顯得尤為迫切。 本文論述了SVG的發(fā)展概況,研究了SVG的工作原理,對大容量的主電路結構進行了比較分析,并在此基礎上建立了SVG的穩(wěn)態(tài)數學模型和標幺值數學模型。然后,闡述了瞬時無功功率理論,給出了無功電流檢測的具體算法,并利用MATLAB仿真軟件對該算法進行了仿真實現(xiàn)。接下來研究比較了SVG的兩種傳統(tǒng)控制策略,介紹了幾種PWM觸發(fā)技術,其中著重研究了空間矢量PWM(SVPWM)的算法。利用MATLAB仿真軟件對基于傳統(tǒng)電流間接閉環(huán)控制算法的SVG進行了系統(tǒng)級仿真實現(xiàn),在與電流直接控制的SVG仿真結果做對比后,指出各自的補償特點。文章重點在結合以上算法各自的優(yōu)缺點、電網本身的大擾動和電力系統(tǒng)對SVG控制性能的嚴格要求后,給出了一種新型電壓電流雙閉環(huán)的控制方法。其中電流內環(huán)采用瞬時無功電流的PI反饋控制,PI值根據系統(tǒng)數學模型中iq△δ的比例關系,采用了齊格勒-尼柯爾斯法則進行整定；而電壓外環(huán)則采用系統(tǒng)動態(tài)電壓的智能遺傳PI反饋控制,利用智能遺傳算法對PI值進行整定。用MATLAB/SIMULINK分別對兩個環(huán)節(jié)的控制算法進行了仿真,并針對外環(huán)控制器的遺傳PI算法,與PI算法的仿真結果做了對比,證明了遺傳PI的優(yōu)越性,為基于雙閉環(huán)控制的SVG系統(tǒng)級仿真打下了基礎。最后,文章利用MATLAB/SIMULINK/PSB對新型電壓電流雙閉環(huán)系統(tǒng)的SVG進行了仿真實現(xiàn),并對在電網不同情況下的補償效果與傳統(tǒng)電流間接控制的SVG進行了分析與比較。仿真結果表明該控制方式具有更好的動態(tài)性能。
標簽： 無功發(fā)生器 控制系統(tǒng)
上傳時間： 2013-04-24
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隨著國內交流伺服電機等硬件技術逐步成熟，高運算能力的控制芯片與電機控制技術相結合，具有高效、節(jié)能和可移植性好等特點，這樣使得交流伺服系統(tǒng)成為現(xiàn)代電機伺服驅動系統(tǒng)的一個發(fā)展趨勢。 本文主要是基于MCU研究和設計了交流永磁電機位置伺服控制系統(tǒng)。針對三相永磁同步電機的物理方程，通過坐標轉換，在d-q旋轉坐標系下建立轉矩方程，采用Id=0的矢量控制策略，建立一套完整的全數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實現(xiàn)功率驅動，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子位置，并設計一種比較快速的轉子初始檢測方法。 軟件方面，采用結構化語言C和單片機M16C匯編語言混編，實現(xiàn)了單片機初始化、三環(huán)控制、電流跟隨型PWM控制，提高編寫代碼的效率，同時保證系統(tǒng)的實時控制性能；由軟件方式實現(xiàn)經典PID控制和簡單模糊控制相結合構成“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，本文對控制策略進行了研究，闡述了模糊PID控制策略；還介紹了SPWM、SVPWM和跟隨型PWM調制。 實驗結果表明，本文所設計的伺服控制系統(tǒng)能實現(xiàn)電機的啟動，調速和定位等，并能達到系統(tǒng)的性能指標。
標簽： 位置伺服 控制系統(tǒng)
上傳時間： 2013-05-19
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矢量控制變頻調速系統(tǒng)是國內當前電氣傳動和自動化領域研究的熱點和技術攻堅的難點。矢量控制技術作為一種先進的控制策略，是在電機統(tǒng)一理論、機電能量轉換和坐標變換理論的基礎上發(fā)展起來的，具有先進性、新穎性和實用性的特點。其思想就是將異步電動機的數學模型通過坐標變換，將定子電流矢量分解為按轉子磁場定向的兩個直流分量并分別加以控制，從而實現(xiàn)磁通和轉矩的解耦控制，以期達到獨立控制電機轉矩的效果。 本課題基于矢量控制的基本原理，采用TI公司最先進的電機控制專用DSP芯片TMS320F2812，開發(fā)出了一套基于轉子磁鏈位置估計和轉子速度估計的電流轉速雙閉環(huán)的轉子磁場定向直接矢量控制變頻調速系統(tǒng)，并實現(xiàn)了實際運行，初步達到了產品化的目標。主要的工作如下： (1)從電機數學模型和坐標系變換入手，采用電流轉速雙閉環(huán)的轉子磁場定向直接矢量控制方案，深入探討了SVPWM和矢量控制的基本原理，并完成了調速系統(tǒng)的功能框圖； (2)基于TI公司的DSP芯片TMS320F2812和MITSUBISHI的IPM模塊PM50RSA120，設計了調速系統(tǒng)的硬件電路，包括控制電路，驅動電路，電源電路和操作面板電路等； (3)設計了基于轉子磁鏈位置估計和速度估計的電流轉速雙閉環(huán)的轉子磁場定向直接矢量控制變頻調速系統(tǒng)的軟件部分，給出了調速系統(tǒng)的軟件流程圖和各子模塊的具體實現(xiàn)； (4)采用先進的自適應Fuzzy-PI調節(jié)器來代替?zhèn)鹘y(tǒng)的PI調節(jié)器作為速度控制器，取得了較好的控制效果； (5)搭建了整個變頻調速實驗平臺，進行了整機測試，給出了實驗結果和結論。 該系統(tǒng)已經成功應用于矢量變頻器成品生產中，在北京天華博實電氣有限公司的變頻器生產車間進行了相應的實驗。實驗表明，該系統(tǒng)具有良好的動靜態(tài)性能，運行穩(wěn)定，抗干擾能力強，獲得用戶好評，不失為一套具有先進性、新穎型、實用性的高性能變頻調速系統(tǒng)。
標簽： 異步電動機 變頻調速系統(tǒng) 矢量控制
上傳時間： 2013-05-25
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