無刷直流電機具有體積小、重量輕、效率高和轉動慣量小等優點，另外它還具有和直流電機一樣的調速特性，而沒有直流電機復雜的機械換相設備，所以被廣泛應用于伺服控制、數控機床、機器人等工業領域，現代工業的快速發展對無刷直流電機控制系統的性能提出了更高的要求。因此，研究具有響應速度快、調節能力強、控制精度高的無刷直流電機控制系統具有十分重要的意義。 直接轉矩控制是一種高性能的電機控制方法，它已經成熟的應用在感應電機和永磁同步電機上，實現了優良的穩態性能和動態響應特性。本文通過大量的文獻資料閱讀，對無刷直流電機及其相關技術的發展、現狀和趨勢有了一個比較全面的理解，在此基礎上，詳細分析了無刷直流電機的數學模型，并提出了一套相應的直接轉矩控制方案，建立了仿真和試驗平臺，進行了仿真分析和實驗研究，獲得了有價值的研究成果。 本文的主要研究內容包括： (1)詳細分析了無刷直流電機的運行機理和數學模型，在此基礎上闡述無刷直流電機直接轉矩控制的基本控制機理，包括基于逆變器二二導通模式的空間電壓矢量的定義和針對無刷直流電機具有非正弦波反電動勢這一特點而推導的轉矩計算公式等。 (2)提出了一套無刷直流電機直接轉矩控制的具體實施方案，并根據這套方案建立了基于Simulink(Matlab)的無刷直流電機直接轉矩控制的仿真模型，對所提出的控制方案進行了仿真分析。仿真結果驗證了該方案在理論上的可行性。 (3)在理論研究的基礎之上，設計研制了一套基于DSP+IPM的無刷直流電機直接轉矩控制實驗系統，編寫了控制程序軟件，進行了無刷直流電機直接轉矩控制的實驗。實驗結果達到了預期的要求，證實了直接轉矩控制在改善無刷直流電機動態調速性能上的優勢。 本論文開展了繼異步電機和永磁同步電機之后對無刷直流電機實現直接轉矩控制的探索性研究工作。通過理論分析、計算機仿真和實驗得出了一些有意義的經驗和結論，為課題的進一步深入開展奠定了基礎。
上傳時間： 2013-07-11
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直接轉矩控制技術在電力機車牽引、汽車工業以及家用電器等工業控制領域得到了廣泛的應用。在運動控制系統中，直接轉矩控制作為一種新型的交流調速技術，其控制思想新穎、控制結構簡單、控制手段直接、轉矩響應迅速，正在運動控制領域中發揮著巨大的作用。雖然直接轉矩控制的優勢是矢量控制所不能實現的，但是直接轉矩控制依然存在一系列不能忽視的問題。直接轉矩控制采用兩點式轉矩和磁鏈滯環控制器，使轉矩和磁鏈被控制在給定值的一定范圍以內，這種控制方法不可避免地帶來電機輸出轉矩脈動過大和逆變器開關頻率不恒定等問題。直接轉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定子磁鏈，這樣在低速運行時會帶來磁鏈估計的誤差。雖然在全速范圍內估計定子磁鏈運用低速時采用的電流-轉速模型和高速時采用的電壓-電流模型的合成模型，即電壓-轉速模型，然而兩種模型的平滑切換又是一個新的問題。直接轉矩控制在基頻以下調速的理論和應用已經實現，在基頻以上的弱磁調速范圍內的理論和應用還需要進一步的研究。 為了解決這些問題，本文針對異步電動機在兩相靜止坐標系下的數學模型，對傳統直接轉矩控制系統和兩種改進的直接轉矩控制系統進行了研究。在傳統直接轉矩控制系統中，詳細討論了定子磁鏈估計的三種基本模型，設計了定子磁鏈估計的加權模型，使電機在全速運行的范圍內都能夠得到準確的定子磁鏈。針對轉矩脈動過大和逆變器開關頻率不恒定的問題，本文設計了兩種改進的直接轉矩控制系統。在基于占空比控制的直接轉矩控制系統中，通過對一個采樣周期內非零電壓矢量作用時間占采樣周期的占空比的優化，解決了轉矩脈動過大的問題；在一個采樣周期內，從非零電壓矢量到零電壓矢量的轉換只有一次，實現了開關頻率的恒定。在基于滑模變結構的直接轉矩控制系統中，本文設計了轉矩和磁鏈滑模變結構控制器代替傳統直接轉矩控制系統中的轉矩和磁鏈滯環控制器；運用空間矢量脈寬調制技術，實現了開關頻率的恒定。本文把傳統直接轉矩控制系統和兩種改進的直接轉矩控制系統擴展到基頻以上的弱磁范圍內的異步電動機調速系統中，對其進行了相關研究。 為了驗證上述各種控制系統的正確性和有效性，本文采用Matlab/Simulink仿真軟件對其進行了仿真驗證。針對傳統直接轉矩控制系統，對定子磁鏈估計的加權模型進行了仿真驗證。仿真結果表明所設計的定子磁鏈的加權模型能夠在電機運行的全速范圍內準確地估計定子磁鏈。針對基于占空比控制的直接轉矩控制系統和基于滑模變結構的直接轉矩控制系統，本文分別對負載轉矩有擾動和無擾動、給定轉速為恒定值和不為恒定值四種情況進行了仿真驗證，并分別和傳統直接轉矩控制系統的仿真結果進行了對比。仿真結果表明，兩種改進的直接轉矩控制系統均能有效的減小轉矩脈動和轉速的穩態誤差。針對電機運行在基頻以上的弱磁調速情形，本文運用三種不同的直接轉矩控制方法分別進行了仿真驗證。仿真結果表明，兩種改進的直接轉矩控制系統在弱磁調速范圍內依然優于傳統直接轉矩控制系統，依然能夠減小轉矩脈動和轉速的穩態誤差。
上傳時間： 2013-04-24
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當前社會的發展與能源、環保等問題的日益突出。混合動力電動汽車以其低排放，噪聲小，節能等優點越來越受到世界各國的重視。為了改善電動汽車的動力性和能量利用率，動力蓄電池的電壓越來越高，需要配備專門的系統來管理高壓系統的安全。 根據混合動力結構特點和高壓電路特性，在分析及其常用蓄電池工作原理及運行原理使用條件的基礎上，本課題以MH-Ni電池作為研究對象，分析了MH-Ni電池的工作原理、電池的電壓、電流和溫度特性，提出電動車電池組高壓控制的方法，能夠實現監測電動汽車高壓電系統的絕緣狀態及檢測高壓的工作情況。 本課題主要完成以下幾點工作內容：對電池進行預充電，檢測其外部是否漏電；檢測電池內部是否絕緣；對電池進行故障檢測。通過對外部負載進行預充電，防止電池外部電路漏電或短路，減少電池箱故障，延長電池模塊的使用壽命；通過對電池箱內部絕緣狀態檢測，防止電池因絕緣電阻低下而影響系統工作，發生不安全事故；通過診斷系統能實現電池故障和隱患的早期預報，從而能有效地增加電動車電池組的續駛里程及無故障工作時間、饅維護工作量降到最低。 基于選定的電動車電池管理系統(BMS)，針對外部負載進行預充電和電池箱內部絕緣狀態檢測，本文研究和提出安全條件的判定規則，實現電動車電池管理系統(BMS)中安全保障功能。仿真實驗表明，本文設計的高壓電安全測試系統，可以實現對電動汽車電池高壓系統的安全實施管理。
上傳時間： 2013-06-22
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矢量控制變頻調速系統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，是在電機統一理論、機電能量轉換和坐標變換理論的基礎上發展起來的，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的轉子磁場定向直接矢量控制變頻調速系統，并實現了實際運行，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的轉子磁場定向直接矢量控制變頻調速系統的軟件部分，給出了調速系統的軟件流程圖和各子模塊的具體實現； (4)采用先進的自適應Fuzzy-PI調節器來代替傳統的PI調節器作為速度控制器，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，該系統具有良好的動靜態性能，運行穩定，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。
上傳時間： 2013-05-25
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異步電機無速度傳感器矢量控制技術提高了交流傳動系統的可靠性，降低了系統的實現成本。準確辨識電機轉速是實現無速度傳感器矢量控制的關鍵。 本文對無速度傳感器矢量控制系統進行了研究，建立了異步電動機無速度傳感器電壓解耦矢量控制系統和基于模型參考自適應(MRAS)的無速度傳感器矢量控制系統。基于MRAS的無速度傳感器矢量控制系統利用電動機定子電壓方程和電流方程得到電動機轉速的模型參考自適應辨識算法，在此基礎上建立了一個改進的變參數MRAS速度辨識數學模型，并利用Matlab軟件對基于該速度辨識模型的無速度傳感器異步電動機矢量控制系統在不同的情況下進行了詳細的仿真研究。仿真結果驗證了該改進的變參數MRAS速度辨識模型具有令人滿意的辨識精度和動態性能。 基于MRAS的轉速估算理論從本質上來說屬于基于電機理想模型的轉速估算方案，該方法依賴于電機參數，而電機參數在電機運動過程中變化很大，因而給出了對電機的一些定、轉子參數進行實時辨識方法，以保持系統的動、靜態性能。 在傳統型模型參考自適應系統基礎上，將系統中原有的自適應調節機構用一個具有在線學習能力的人工神經網絡取代，提出一種基于神經網絡的異步電機轉速估計方法，并給出了速度估計器的神經網絡結構和學習算法。最后對基于神經網絡轉速估計的異步電機矢量控制系統進行了仿真，結果表明該系統具有良好的性能。 簡單介紹了基于DSP的異步電機無速度傳感器矢量控制系統的硬件結構以及軟件系統的設計。
上傳時間： 2013-05-30
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隨著對電能應用高效率的要求，基于電力電子技術的非線性負載等開關設備的應用越來越普遍，這些開關設備造成的諧波成分對電網的污染也越來越嚴重。這些諧波會影響其它電氣設備的正常工作，危及電網安全。電力有源濾波器由于能對頻率和幅值都變化的諧波進行跟蹤補償，得到了廣泛的研究。 本文是在課題組380V、260kVA純有源電力濾波器項目方案的論證階段，為提高大容量單臺純有源濾波器的效率和動、穩態性能而做的分析、設計和仿真驗證工作。論文首先介紹了通過LCL濾波器與電網相連的并聯電力有源濾波器的主電路結構，進而分析了這種主電路結構在大容量和低開關頻率場合對開關紋波衰減的優勢。通過比較PI控制和狀態反饋控制，選取全狀態反饋來達到對系統的穩定控制。 將電網處理為擾動輸入，對LCL主電路在靜止abc坐標系中進行了建模，然后選取系統閉環期望極點設計了控制系統。為消除電網這個外部輸入對指令電流跟蹤的影響，引入了電壓前饋，并從理論上推導了前饋的具體關系式。之后引入了觀測器，并把對電網輸入的建?？紤]進了觀測器，消除了電網輸入對狀態估計和補償輸出造成的偏差。在電力有源濾波器實際安裝時，電網進線和變壓器的電感是不確定的，其會加在LCL的網側電感上，從而使對系統基于狀態空間的建模產生偏差，因此文章研究了所設計的控制器對LCL網側電感變化的適應性。為保證電力有源濾波器的穩態指標，對狀態反饋后的系統設計了重復控制器。 最后，基于設計的控制器在MATLAB/Simulink環境下建立了對1MW不控整流負載進行補償的電力有源濾波器系統模型，進行了仿真；并對動靜態性能進行了分析，驗證了設計和理論分析的正確性。
上傳時間： 2013-06-20
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近年來，世界各國競相發展綠色可再生能源，太陽能因其潔凈、儲量巨大等優點倍受青睞。在太陽能的各種應用中，光伏發電倍受關注。隨著光伏組件價格的不斷降低和電力電子技術的發展，光伏發電的系統容量和變換設備的轉換效率不斷增加，體積逐漸減小，對光伏發電系統相關設備的設計和制造提出了新的要求。 本文從提高光伏發電系統整體效率的角度出發，以光伏發電系統中電能變換裝置作為研究目標，研究光伏發電中的關鍵性技術之一——光伏陣列的最大功率點跟蹤技術。主要研究適用于光伏發電系統的最大功率點跟蹤變換器的拓撲；研究光伏發電系統的最大功率點跟蹤變換器的控制方法。論文在分析研究光伏電池的工作原理及輸出特性的基礎上，分析研究了幾種基于DC/DC變換器的最大功率跟蹤算法及各自優缺點和適用場合。在拓撲研究方面，分析研究了Buck、Boost和全橋電路應用于光伏發電中的優缺點以及適用的最佳功率等級，并對這三種電路的功率損耗進行分析，通過仿真進行驗證。探討了把軟開關技術、三電平技術應用于光伏發電系統的可行性，并詳細分析了應用于光伏發電系統的移相全橋ZVS DC/DC變換器電路的換流過程。在理論分析的基礎上，論文設計實現了應用移相全橋軟開關DC/DC變換電路作為主電路的MPPT變換器，構建了1000W小型獨立光伏發電系統，進行仿真和實驗，對實驗結果進行損耗分析。證實了移相全橋ZVS DC/DC變換電路作為中小型光伏發電系統的前級變換器，可以在實現太陽能光伏陣列的最大功率點跟蹤的同時，保證開關管實現軟開關，從而提高了系統的轉換效率和功率密度。
上傳時間： 2013-05-23
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電梯在垂直升降的過程中，由于功率變化范圍很大，節能潛力巨大。本文主要工作在于結合電梯系統的特點，對超級電容儲能系統中超級電容容量需求及其他相關參數的設置進行詳細討論。也對與之配套的雙向DC/DC變換器進行研究。 本文在研究了電梯系統的結構和運行特點的基礎上，對其運行過程中能量狀態的變化進行了詳細分析，得到了儲能裝置中超級電容器容量的計算方法，并在此基礎上，根據超級電容器容量需求與系統前級雙向整流器功率的關系，提出了一套簡單有效的能量管理方案，減少了儲能裝置中超級電容器的容量需求。并且對于超級電容容量設置給出了一般的原則。 儲能裝置與系統直流母線之間需要雙向變換器進行能量傳遞，本文對于各種雙向直流變換器拓撲的優缺點進行了比較，結合在超級電容儲能裝置中的具體應用需要，得出BUCK/BOOST型變換器更適合本文中的應用。 本文為儲能裝置設計了基于DSP（數字信號處理器）全數字控制的具有多種工作方式的雙向DC/DC變換器的小功率樣機，在電容器放電時，以恒流模式向直流母線輸送能量；在電容器充電時，以分段恒流模式或恒壓模式進行充電。文中給出了詳細的硬件電路以及數字控制部分的設計過程，并通過實驗進行了驗證。
上傳時間： 2013-04-24
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工業生產過程中，時滯對象普遍存在，同時也是較難控制的，尤其是大時滯對象的控制一直都是一個難題。而很多溫度控制系統都是屬于大時滯系統，常見的智能溫度控制器雖然在溫度控制的實際應用中表現了比較理想的控制效果，但它仍然屬于將參數整定與系統控制分開處理的離線整定方法，如果工況發生變化就必須重新調整參數。針對這一問題，為了實現時滯系統參數自整定的控制，本文將神經網路控制、模糊控制和PID控制結合起來，設計了基于神經網路的模糊自適應PID控制器。 首先，本論文分析了時滯系統的特點，討論了幾種時滯系統較為成熟的常規控制算法：微分先行控制算法、史密斯預估控制算法、大林控制算法，并深入研究了它們的控制性能；并且通過仿真對這三種控制方法在溫控系統中的控制性能進行了比較。 其次，在分析PID參數自整定傳統方法的基礎上，設計了一種改進方法，并設計了相應的控制器。該控制器綜合了模糊控制、神經網絡控制和PID控制各自的長處，既具備了模糊控制簡單有效的控制作用以及較強的邏輯推理功能，也具備了神經網絡的自適應、自學習的能力，同時也具備了傳統PID控制的廣泛適應性。該方法不需要離線整定參數，實現了在線自整定參數。仿真實驗表明了該控制器對模型和環境都具有較好的適應能力和較強的魯棒性。 最后將基于神經網路的模糊自適應PID控制器應用于貝加萊PID溫控裝置，能夠出色地實現參數的在線自整定。理論分析、系統仿真、實驗結果都證實了這種控制策略能有效地減少系統超調量，并減少了調節時間，提高了系統的實時性和控制精度。
上傳時間： 2013-07-05
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在功率電路中，電壓的檢測相對于電流的檢測要簡單和容易得多。電壓的檢測可以很方便地進行而不會對電路性能產生明顯影響；而對電流的檢測卻要復雜得多，電流的檢測必須引入測量電流的檢測器，檢測器的引入將影響電路的性能。根據具體的電路，選擇合適的電流檢測方案，并進行正確的電路設計，是功率電路設計成敗的關鍵之一。 在開關電源設計中，電流檢測技術起著至關重要的作用，是開關電源設計成功與否的關鍵因素。本文首先詳細分析和比較了目前開關電源中常用的電阻檢測、磁檢測、MOSFET檢測等幾種電流檢測方法。并根據各自的特點，將各種技術加以區別，為各種開關電源選擇合適的檢測技術指明了方向。在此基礎上，本文提出了兩種適用于電流型控制開關電源的新型電流檢測電路。該電路結合了場效應晶體管導通電阻特性和電流鏡像原理，能即時、快速地檢測流過功率開關管的電流，以有效地進行開關控制和過流保護。論文最后還介紹了一種無檢測電路的控制，并提出了一種分析無電流傳感器控制斜坡補償的分析方法，從理論上證實了電流型控制斜坡補償的意義。
上傳時間： 2013-06-07
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