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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。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，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，在這個系統上，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。 這個控制系統便于實現多種矢量控制方法，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，驅動性能優越。此外，課題完成了永磁同步電機矢量控制系統全數字化設計，調試通過了速度位置檢測、電流檢測、PI調節、坐標變換等應用模塊。 課題最后對整個系統的做了全面的總結，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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永磁同步電機(PMSM)因其無需勵磁電流、運行效率和功率密度高,在交流調速系統中被廣泛的應用,但PMSM高性能的矢量控制需要精確的轉子位置和速度信號來實現磁場定向。在傳統控制中,一般采用機械式傳感器來檢測轉子位置和轉速,但是機械式傳感器存在諸如成本高、可靠性低、不易維護等問題,使得無速度/位置傳感器控制技術成為永磁同步電機控制中的熱點問題。雖然目前已有較多的研究成果,但是所采用的方法大多是基于電機基波方程的分析,一般不適用于低速甚至零速,并且對電機參數較為敏感,魯棒性差。本文正是為了解決這個問題,而采用高頻信號注入法實現轉子位置估算,這種方法適合于低速甚至零速,對電機參數的變化不敏感,魯棒性強。主要做了如下的工作： 首先詳細介紹了永磁同步電機三種基本結構,在建立了旋轉坐標系下永磁同步電機數學模型的基礎上敘述了其矢量控制原理,分析了各種現有的永磁同步電機無速度/位置傳感器控制策略；其次在永磁同步電機矢量控制的基礎上詳細討論了旋轉高頻電壓信號注入法與脈振高頻電壓信號注入法提取轉子位置的基本原理,并在此基礎上利用MATLAB/SIMULINK仿真工具建立了整個永磁同步電機無速度/位置傳感器矢量控制系統的模型,進行了仿真研究,仿真結果驗證了控制算法的正確性。最后利用TI公司推出的數字信號處理器DSP芯片TMS320F2812,實現了基于脈振高頻信號注入法的永磁同步電機無速度/位置傳感器的實驗運行,實驗結果驗證了這種方法適合于低速運行,對電機參數的變化不敏感,魯棒性強。
上傳時間： 2013-06-06
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隨著家用空調的普及應用，空調已日漸成為耗能大戶。我國經濟建設多年來高速發展，正面臨能源日益緊張的問題，由于空調節能尚有空間，因此人們普遍關注空調節能技術。在家用空調的各種節能技術中，直流壓縮機變頻驅動是發展的主流方向。從驅動方式上看，直流壓縮機可以采用方波控制或矢量控制。與方波控制相比，矢量控制的空調直流壓縮機具有噪聲低、振動小、效率高等特點，更加符合節能和環保的發展方向。 本文主要研究了適用于空調壓縮機負載的無轉子位置傳感器永磁同步電機矢量控制方法。首先從電機的基本方程入手，詳細推導了永磁同步電機矢量控制的數學模型。詳細分析了各種電流控制策略特點，提出了采用適合直流壓縮機驅動的MTPA控制方式。 其次提出了具有凸極效應的壓縮機永磁同步電機的一種簡化模型，得到了適用于IPMSM的滑模觀測器，解決了IPMSM在αβ坐標系中應用滑模觀測器困難的問題。針對壓縮機運行特點，采用全維狀態觀測器方法，實現IPMSM反電動勢的觀測，根據反電動勢計算出電機轉子位置和轉速，實現了無傳感器矢量控制。本文詳細分析了全維狀態觀測器的極點配置方法，通過將四個極點配置在相同位置，簡輕了計算量，也便于實現。 第三，由于反電動勢估算法在電機低轉速下不能正確估算轉子位置，無法正常閉環起動，本文提出了一種簡單的用于直流壓縮機的起動方法，實現了壓縮機的可靠起動。同時在深入分析電機等效模型的基礎上，給出了一種簡單的電機參數測量方法，通過簡單測量和計算，得到系統實現無傳感器永磁同步電機矢量控制所需的電感、電阻及反電動勢系數等關鍵參數。 最后通過MATLAB/Simulimk7.1仿真軟件對基于滑模觀測器和基于全維觀測器的永磁同步電機矢量控制方法進行了仿真驗證，設計了以TMS320F2403數字信號處理器為控制核心的直流壓縮機矢量控制實驗平臺，并進行了大量的實驗驗證。仿真及實驗結果證明了本文理論分析和所提方法的正確性，并已應用于實際的直流壓縮機矢量控制系統。
上傳時間： 2013-06-13
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隨著永磁同步電機在許多領域得到廣泛應用，對永磁同步電機的研究成為一種必然的發展趨勢，具有實際的意義和價值。本文采用TI公司專用于電機控制的TMS320F240型數字信號處理器作為核心，開發了全數字化的永磁同步電機矢量控制調速系統的軟件，并在改進的清華電機控制試驗平臺上進行了帶機試驗，結果驗證了系統設計方案的可行性。 本文首先深入的研究了永磁同步電機的矢量控制理論，建立了永磁同步電機數學模型，并在此基礎上討論了永磁同步電機的矢量控制調速方案；然后，以清華電機控制試驗平臺為基礎介紹了控制系統硬件結構，其中主要論述了控制電路各部分及外圍輔助電路的設計和調試。在硬件的基礎上，軟件采用匯編語言編程，實現了轉速和電流雙閉環矢量控制，并給出了系統主程序和PWM下溢中斷處理程序流程圖，永磁同步電機矢量控制的主要控制策略如轉子相位的初始化、電流采樣、速度位置采樣、矢量坐標變換、sinθ、cosθ值生成、PI調節、空間電壓矢量(SVPWM)模塊等都是在PWM下溢中斷服務子程序中完成的。為達到數值的統一，對軟件中所采用的參數進行了定標。最后在基于硬件平臺的基礎上，對軟件進行帶機調試，試驗表明電機能快速響應并跟蹤給定轉速，從而證明整個系統設計的正確性。 另外，本文還在MATLAB／SIMULINK的基礎上，建立采用模糊神經網絡控制器的永磁同步電機的仿真模型，仿真結果表明：該控制系統具有較好的位置響應和抗干擾能力強。 在論文的最后，對全文的工作做了總結。
上傳時間： 2013-07-27
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隨著電力電子技術、微處理器技術、控制理論及永磁材料等技術的快速發展，以永磁同步電機作為控制對象的傳動領域得到了越來越廣泛的關注，隨著FPGA的技術的普及和廣泛應用，使得各種先進的控制算法得以實現，于是數字化、智能化的永磁交流控制器成為必然的發展趨勢和當前的研究熱點。本文的主要工作就是圍繞數字化的永磁同步電機控制器研究來展開。首先深入研究了永磁同步電機的數學建模方法及電機控制策略問題。在對永磁同步電機的數學模型進行了推導的基礎上，在PSIM仿真軟件中建立了永磁同步電機的電機模型，提出了一種永磁同步電機傳統控制系統仿真建模的新方法。其次對常用的數字脈寬調制方法進行了數學推導，并對滑模控制理論和矢量控制進行了深入的研究分析，將滑模變結構控制應用于永磁同步電機的調速系統中，改善了傳統PI控制器參數整定繁瑣、系統魯棒性差的缺點，仿真結果驗證了該系統設計方案的優越性。最后在永磁同步電機建模仿真的基礎上，根據永磁同步電機控制器的設計要求及FPGA的特點，提出永磁同步電機控制器的的設計方案。按照FPGA模塊化設計思想，將整個系統進行了合理的劃分，分別對SVPWM、Park變換、SMC、反饋速度測量等重要模塊的FPGA硬件實現算法進行了深入的研究。各模塊在Modelsim平臺上完成功能仿真后并下載到Spartan-3E開發板上完成硬件驗證，驗證結果表明：永磁同步電機在低速和高速時都能穩定運行，從而證實了本設計方案的可行性。
上傳時間： 2013-04-24
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橫向磁通電機是近些年來出現的一種新型結構的電機，由于其轉矩密度和功率密度大的優點受到了廣泛的關注，但我國對該種電機的研究尚處于起步階段。 本課題是國家863計劃項目——“新型稀土永磁電機設計與集成技術(課題編號：2002AA324020)”中有關橫向磁通永磁同步電動機的部分。本課題的目標就是要充分發揮橫向磁通電機功率密度和轉矩密度大的優點，克服其功率因數低的缺點，對橫向磁通永磁同步電動機的磁場進行計算、分析，找出功率因數偏低的原因，并提出相應的改進方法和建議。在此基礎上進行樣機的研制，對理論成果進行驗證，并力爭樣機在性能和工藝指標上有所突破，部分指標達到國際領先水平。 本文介紹了橫向磁通永磁電機的特點及運行原理，并按照不同的分類方式介紹了橫向磁通電機的各種結構。三維磁場的有限元計算十分復雜、計算量大，因此傳統電機均采用簡化的二維磁場進行計算。但是橫向磁通電機由于結構特殊，無法采用簡化的二維磁場的計算方法進行分析。因此本文利用ANSYS軟件建立了樣機模型，對樣機進行了三維電磁場分析。在電磁場計算的基礎上，進行了電機空載反電勢，空載漏磁系數，電磁轉矩等相關參數的計算，討論了橫向磁通永磁同步電動機的結構變化對參數的影響。本文特別針對橫向磁通永磁電機功率因數較低這一問題進行了分析，找出了功率因數偏低的原因，提出了相應的改善方法和建議，對橫向磁通電機的理論研究和設計應用分析方法進行了探討。本文利用電磁場計算的結果，完成了電機運行特性仿真，克服了采用傳統磁路等效的方法帶來的誤差。最后，通過與樣機測試結果的對照研究，驗證和完善分析方法，并為進一步獲得性能更加優異的樣機奠定了基礎。
上傳時間： 2013-04-24
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盤式永磁同步電動機屬于軸向磁場電機，目前，該類電機在國外已經得到了迅速發展，作為一種現代高性能伺服電機和大力矩直接驅動電機己廣泛應用于機器人等機電一體化產品中。由于該類電機具有重量輕、體積小、結構緊湊、轉子無損耗、轉子的轉動慣量小、機電時間常數小、轉矩/重量比大、低速運行平穩、可以制成多氣隙組合式結構進一步提高轉矩等特點，其在數控機床、機器人、電動車、電梯、家用電器等場合具有廣闊的應用前景，是一種理想的驅動裝置。 本課題作為國家863計劃項目《新型稀土永磁電機設計及集成技術》2002AA324020中的一部分，該項目的主要工作是進行新型結構釹鐵硼永磁電機——盤式無鐵心永磁同步電動機的設計與集成技術研究，開發出一種新型釹鐵硼永磁電機，解決相應的整機設計和集成技術問題。本文中提出的基于Halbach陣列的盤式無鐵心永磁同步電動機是在盤式永磁同步電動機的基礎上，將無鐵心結構和Halbach型永磁體陣列應用到其中，從而使得電機的質量大為減輕，功率密度提高，振動噪聲降低，效率提高。 基于Halbach陣列的盤式無鐵心永磁同步電動機其磁路結構和電磁負荷分布與傳統電機完全不同，常規電機的某些設計規則不能直接應用到該結構電機的設計當中，本文主要針對這種結構的電機進行了分析與計算。分析了不同結構Halbach陣列下的氣隙磁場，以及相關參數的計算，給出了初步的樣機設計數據，并對樣機的加工工藝進行了探討，在總結、借鑒相關電機設計方法的基礎上，針對盤式無鐵心永磁同步電動機自身的特點，編制了一套電磁計算程序，該程序還有待通過大量樣機的試驗，來總結和完善。 我國稀土資源豐富，然而，由于技術經濟上的問題，國產永磁交流伺服電動機至今未能大量應用。與此同時，高性能的永磁交流伺服電動機及系統大量依靠進口，我國每年進口的工程裝備當中，僅數控機床因國產電機和系統不能滿足要求而每年需要進口的就達22億美元以上。本項目的完成將改變這類產品主要依靠進口的局面，充分發揮我國稀土資源豐富的優勢，其經濟效益和社會效益是十分巨大的。
上傳時間： 2013-04-24
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盤式永磁同步電動機是一種性能優越、但結構特殊的電動機。作為一種理想的驅動裝置，其應用范圍遍及航天、國防、工農業生產和日常生活的各個領域。本文利用稀土永磁材料釹鐵硼的高矯頑力，提出了一種省卻了鐵心的雙轉子、單定子結構盤式無鐵心永磁同步電機，進一步減輕了電機的質量并消除轉矩脈動。 對電機的設計、性能預測都離不開電機電磁場的計算。不同于傳統的圓柱式徑向磁通電機，盤式無鐵心電機是軸向磁通電機，外加其無鐵心的結構，決定了該電機的磁場呈三維、開域分布。對它的電磁場分析，不能采用對待徑向磁通電機的化為二維磁場的分析方法。 本文研究的重點內容分為兩部分：(1)在盤式無鐵心永磁同步電機的結構上，建立其磁場三維模型，由三維有限元法計算三維電磁場，分析計算結果，并總結出盤式無鐵心永磁同步電機的磁場分布規律。 (2)在磁場計算的基礎上，將Halbach型永磁體陣列的理論應用到磁鋼設計中來，提出磁鋼結構優化方案，研究出適合于盤式無鐵心永磁同步電機的磁鋼結構，以獲得理想的磁場波形和磁密值。 本文首先從磁路計算的方法入手，通過磁路計算分析出盤式無鐵心永磁同步電機的磁場分布特點。其后直接運用三維有限元法求解該電機的電磁場，分析計算結果。為了獲得低漏磁、高氣隙磁密值、正弦形的氣隙磁場分布，本文先后提出普通軸向充磁磁鋼結構、不等厚軸向充磁磁鋼結構并將Halbach陣列的理論應用到盤式無鐵心永磁同步電機的磁剛結構優化中，討論了三種不同角度的Halbach型永磁體陣列。最后為了簡化磁鋼的加工工藝，將不等厚永磁體陣列與Halbach永磁體陣列相結合，提出了最經濟、有效的改進型Halbach永磁體陣列，給出具體磁鋼尺寸，并運用ANSYS軟件對各種磁鋼結構產生的磁場進行結果仿真。
上傳時間： 2013-06-23
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較高性能的永磁同步電機矢量控制系統需要實時更新電機參數，文章中采用一種在線辨識永磁同步電機參數的方法。這種基于最小二乘法參數辨識方法是在轉子同步旋轉坐標系下進行的，通過MATLAB/SIMULINK對基于最小二乘法的永磁同步電機參數辨識進行了仿真，仿真結果表明這種電機參數辨識方法能夠實時、準確地更新電機控制參數。 關鍵詞：永磁同步電機;參數辨識;最小二乘法
上傳時間： 2013-06-06
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·永磁交流伺服系統的驅動器經歷了模擬式、模擬數字混合式的發展后，目前已經進入了全數字的時代。全數字伺服驅動器不僅克服了模擬式伺服的分散性大、零漂、低可靠性等缺點，還充分發揮了數字控制在控制精度上的優勢和控制方法的靈活，使伺服驅動器不僅結構簡單，而且性能更加可靠。現在，高性能的伺服系統大多數采用永磁交流伺服系統，其中包括永磁同步交流伺服電動機和全數字交流永磁同步伺服驅動器兩部分。后者由兩部分組成：驅動
上傳時間： 2013-04-24
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