矢量控制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。它是以交流電動機的雙軸理論為依據，將定子電流矢量分解為按轉子磁場定向的兩個直流分量：一個分量與轉子磁鏈矢量重合，稱為勵磁電流分量；另一個分量與轉子磁鏈矢量垂直，稱為轉矩電流分量。通過控制定子電流矢量在旋轉坐標系的位置及大小，即可控制勵磁電流分量和轉矩電流分量的大小，實現像直流電動機那樣對磁場和轉矩的解耦控制。本文研究的是以TMS320LF2407ADSP和FPGA為控制核心的矢量控制變頻調速系統。 分析了脈寬調制和矢量控制的原理與實現方法，從而建立了異步電動機的數學模型。對于矢量控制，分析了矢量控制的基本原理和控制算法，推導了三相坐標系、兩相靜止與旋轉坐標系下的電機基本方程和矢量控制基本公式。同時在進行相應的坐標變換以后，得到了間接磁場定向型變頻調速系統的矢量控制圖，并結合TMS320LF2407ADSP完成了具體的實現方法，根據矢量控制的基本原理，設計了一種基于DSP和FPGA的SVPWM冗余系統。 在硬件方面，以TMS320LF2407ADSP和EP1C12Q240FPGA為控制器，兩者之間通過雙口RAMIDT7130完成數據的交換，并能在一方失控時另一方立即產生SVPWM波形。同時完成無線遙控、速度給定、數據顯示以及電流、速度檢測和保護等功能，也對變頻調速系統的主電路、電源電路、FPGA配置電路、無線遙控電路、LCD顯示電路、保護電路、電流和轉速檢測電路作了簡單的介紹。在軟件方面，給出了基于DSP的矢量控制系統軟件流程圖，并用C語言進行了編程。用硬件描述語言Verilog對FPGA進行了編程，并給出了相關的仿真波形。MATLAB仿真結果表明，本文研究的調速系統的矢量控制算法是成功的，并實現了對電機的高性能控制。
上傳時間： 2013-07-09
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無刷直流電機是一種性能優越、應用前景廣闊的電機，應用傳統的控制理論對其進行控制系統設計、分析的技術已經相對成熟，在此基礎上研發出的各種調速系統已經在工業生產中獲得廣泛應用。因此，無刷直流電機的進一步推廣應用，在很大程度上依賴于對一些先進控制策略的研究。 為了改進無刷直流電機調速系統的控制性能，本文基于灰色控制理論建立了無刷直流電機灰色PID控制調速系統模型。常規的PID控制以其結構簡單、可靠性高、易于工程實現等優點至今仍被廣泛采用。在系統模型參數變化不大的情況下，PID控制性能優良，但無刷直流電機是一種多變量、非線性的控制系統，傳統的PID控制器難以克服電機自身參數不確定和擾動帶來的轉速偏差問題，無法實現精確快速的控制。灰色控制器是在繼承經典PID控制器不依賴于對象模型優點的基礎上，通過改進經典PID固有缺陷而形成的新型控制器，性能優良并且算法簡單。該控制器設計不需要建立電機的精確數學模型，對參數變化和負載擾動不敏感。系統較好地實現了給定速度參考模型的自適應跟蹤，結構簡單，能適應環境變化，具有較強的魯棒性。 本文以灰色系統理論為基礎，把無刷直流電機的數學模型分為確定部分與不確定部分，對被控對象的不確定部分建立灰色模型，進行灰色預估補償，使控制系統的灰量得到一定程度的白化。對所提出的無刷直流電機灰色PID控制調速系統進行了仿真，對仿真結果給出理論分析；以TMS320F2812型DSP為核心控制器建立了無刷直流電機調速驅動系統。仿真和實驗結果表明，基于灰色PID控制算法的無刷直流電機調速系統受電機參數變化影響較小，具有較高的控制精度和魯棒性，表現出優良的動、靜態性能。
上傳時間： 2013-04-24
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低壓電器電弧運動過程三維成像理論及運動機理研究在國內外取得了一定的進展，但作為一種新型電弧研究方法，特別是對電弧運動可視化方面的研究尚處于起步階段，其技術涉及到電器學、數值計算、圖像處理、計算機科學等眾多學科領域，加之電弧復雜的非線性特性及其瞬時特性，導致測量研究的困難，在電弧機理、性能分析和模型設計等方面都還不夠成熟、完善。所以，在電弧模型理論研究、電器電磁機構的三維有限元分析、電器的計算機輔助設計、電弧動態特性研究等方面，存在大量的工作要做。對這些問題的深入研究，可以更好地認識電器觸頭在整個運動過程中極其復雜的電、熱、磁、機械等一系列現象。 為了從不同角度觀察分析電弧在滅弧室中的動態運動過程，本文在研究開關電器電弧圖像增強及運動過程三維可視化的基礎上，分析電弧形成機理、電弧特性和運動形態的基本理論，進一步考慮其模型特性和電弧等離子體磁壓縮效應，建立其運動數學模型。電弧圖像需要的處理主要有：圖像數字化、圖像平滑、圖像分割、圖像邊緣檢測、圖像增強。本文提出一種基于小波變換的圖像增強和直方圖的圖像增強算法，在保留電弧弧柱強特征的同時，突出顯示電器動觸頭圖像特征使增強后的電弧圖像適合人類的視覺特征，為電弧動態過程分析和電弧可視化模型的構建提供有效的分析基礎，并取得良好的電弧圖像增強效果。本文構造了基于比色測溫原理的電弧輻射拾取、圖像采集、同步控制、數據處理等硬件裝置，對試驗采集裝置進行了標定；將醫學上成功應用的計算機層析成像理論，應用于對電弧進行三維溫度場重建的研究，構造可單面陣CCD采集三組六路投影輻射強度的實驗裝置，通過對觸頭邊緣檢測的手段精確定位于不同光路中電弧的位置，對輻射拾取光路進行校準，編制了系統軟件，實現電弧三維溫度場的重建。研究數學模擬計算方法，提出了適合低壓電器電弧數學模型計算的方法。用計算機求解獲得以前依靠實驗才能獲得的開斷波形及運動過程，將理論分析、試驗研究和計算機仿真有機結合起來，使產品設計更加科學和準確，可以大大減少設計周期，減少試驗的盲目性和費用，有利于提高電器產品的技術性能，對于新產品開發，優化滅弧室設計及模擬實驗，具有十分重要的意義。
上傳時間： 2013-04-24
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現代軋鋼機的機組容量日益增大，其有功、無功負荷變動異常劇烈。由于大部分設備供電多半采用晶閘管整流裝置，使電網中諧波增大，功率因數降低，出現較大的電壓波動。因此研究軋鋼廠供電系統電能質量的基本內容—無功補償與諧波抑制，對提高企業供電可靠性、降低損耗、提高用電設備出力等具有重要意義。由于通用的電力分析軟件不具備設計功能，因此有必要開發一套無功補償裝置設計和電能質量分析的專業軟件。 該文詳細分析了軋鋼供電系統各個諧波源產生的諧波特點和功率因數特點，研究了廣泛應用于軋鋼供電系統的TCR+FC型靜止無功補償裝置的補償特性和結構特點。以此為理論基礎，從軟件工程的角度，開發了一套動態補償仿真軟件，其中包括人機交互界面、電力模型和運算模型等。人機交互界面是用戶與軟件的接口，而電力模型和運算模型是內置在軟件內，對用戶不可見。用戶在界面上輸入系統參數，通過界面調用運算模型可以自動地設計TCR+FC型靜止無功補償裝置的各濾波支路和TCR支路的電路參數，除此之外，通過界面調用電力模型，用戶可以從界面上讀取該系統補償前后的電能質量。 因此，該軟件既是一個設計軟件，又是分析軟件，不僅能設計靜止無功補償裝置的各支路具體電路參數，為實際軋鋼系統的靜止無功補償裝置的設計提供理論參考，還能對系統投入SVC前后的電能質量的變化做出詳細的對比分析。 最后，以科學研究領域廣泛應用的PSCAD/EMTDC軟件為測試工具，在其中建立相應的電力模型。通過比較在兩個軟件中仿真得到的軋鋼機負載曲線、電壓電流波形、電壓波動、諧波、功率因數等，證實了該動態軟件的正確性。
上傳時間： 2013-04-24
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作為世界上發展最快的可再生能源，風能受到了世界各國的關注。隨著風機數量的增加，研究電網故障時風力發電機的動態響應特性越來越重要。 本文以“3.2MW永磁風力發電機系統分析”為工程背景，旨在研究3.2MW永磁風力發電機及其系統在各種正常和非正常工況下的動態性能，分析變流系統和控制方法對電機性能的影響，為電機的優化設計提供參考。 首先，在對永磁風力發電機的基本理論進行論述的基礎上，分析了變轉速變槳距控制策略，并基于Matlab/Simulink建立了風力發電機模型，通過仿真分析了最大功率跟蹤和變槳距控制下發電機的性能。 其次，研究了雙PWM變流系統電機側變流器和網側變流器的控制方法，并基于Matlab/Simulink搭建了基于轉速外環、電流內環雙PI調節器的電機側控制器模型及基于電網電壓定向的電壓外環、電流內環控制的網側控制器模型。 最后，基于Matlab/Simulink對電網短路及電網電壓跌落下不同控制方法下的永磁風力發電機系統的動態性能進行仿真；并對永磁風力發電機機端短路下的運行性能進行仿真，結果表明：網側變流器的電流變化以及直流母線的電壓波動對永磁風力發電機系統的動態性能影響較大，通過控制網側變流器電流、直流母線電壓的穩定，可以有效提高永磁風力發電機系統的動態性能；給定的電機設計參數符合短路電流倍數要求；永磁風力發電機通過變流裝置并網可大大減小故障對發電機的沖擊。
上傳時間： 2013-04-24
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近年來，多電平逆變器在高壓大容量電能變換中得到廣泛應用，而其控制策略和電路拓撲等已成為了研究熱點。相對傳統的兩電平逆變器，它具有效率高動態性能好，對電動機產生的諧波少，適合高壓大容量等優點。但隨著電平數的增加，基本控制算法越來越復雜，同時還存在中點電壓不平衡等問題。將DSP數字控制技術應用于多電平逆變器不僅簡化了系統的硬件控制電路，提高了系統性能，還可以實現系統的優化控制。 本文以二極管箝位式三電平逆變器為研究對象，首先介紹了三電平逆變器的拓撲結構和工作原理，對三電平逆變器的電路方程進行了深入的分析，在開關函數的基礎上建立了三電平逆變器的數學模型。在此基礎上，對空間電壓矢量脈寬調制（SVPWM）算法進行了改進，并詳細推導了該調制算法的計算公式，結合中點電位控制來確定開關矢量的作用順序，使仿真和實現都比較容易。然后重點分析了三電平逆變器直流側電容電壓不平衡問題產生的原因，提出了一種能控制逆變器直流側電容中點電位平衡的電壓空間矢量脈寬調制方法。最后采用MATLAB仿真軟件對所推導的三電平逆變器SVPWM調制算法和中點電位平衡控制方法進行了仿真分析，證明了該調制算法的正確性和可行性。
上傳時間： 2013-05-20
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三相電壓不平衡度是衡量電網電能質量的一個重要指標。在三相系統中，引起電壓不平衡的主要原因是發電機的輸出電壓不平衡和負載不平衡兩方面，電壓不平衡比較嚴重時，會給系統帶來諸多危害。近年來，STATCOM因其動態響應速度快，電流諧波含量小，裝置體積小等優點，在電壓不平衡補償中的應用越來越廣。 首先本文研究了基于IGCT的STATCOM主電路。為了獲得更高的輸出電壓，通常需要將IGCT串聯使用。然而在器件串聯使用時，由于其特性的差異會產生暫態電壓分配不均衡，導致個別器件上產生過電壓而威脅器件的安全，嚴重時會燒毀器件。因此需要采用均壓電路來保證串聯結構中電壓的平均分配。本文重點對IGCT串聯均壓電路和緩沖電路進行了設計，在分析串聯均壓電路的同時，計算了吸收電容和吸收電阻的取值范圍。而后，對緩沖電路進行了Pspice仿真，通過仿真驗證了均壓電路的工作效果。結果表明，吸收電容和吸收電阻的取值合適，能夠對IGCT的串聯運行起到很好的保護作用。本文還對100Kvar/660VSTATCOM的主電路進行了參數設計，對IGCT的型號和各主要元件進行了選擇。 本文重點研究了不平衡系統中STATCOM的控制策略。建立了基于IGCT的STATCOM的數學模型；根據STATCOM的電流暫態模型，對電流電壓進行序分解，并做D—Q坐標變換，建立STATCOM在靜止坐標系下的正、負序數學模型。基于建立的負序模型，研究STATCOM在不平衡情況下的控制策略，本文采用無差拍控制方法；根據實際補償時遇到的問題：收斂速度慢、依賴固定的負載模型、魯棒性差等，對無差拍控制方法進行了優化設計。該優化方法在傳統無差拍的基礎上引入了參考電流觀測器和狀態觀測器；文中具體設計了這個改進無差拍控制器和其相關電路。經分析與仿真驗證了本文提出的優化控制方法，將該方法應用于STATCOM不平衡補償器，取得了良好的不平衡補償性能、快速的動態響應和良好的魯棒性。
上傳時間： 2013-06-05
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無刷直流電機以體積小、重量輕、效率高、調速性能好、無換向火花及無勵磁損耗等諸多優點被大量應用于家電、交通、醫療器械、數控機床及機器人等領域，現代工業的快速發展對無刷直流電機控制系統的性能要求也越來越高。可以預見，隨著永磁材料和電力電子器件價格進一步的降低，無刷直流電機驅動理論的研究不斷深入，無刷直流電機的應用前景將更加廣泛。 本文通過閱讀大量文獻資料，介紹了無刷直流電機的發展現狀、研究動態及工作原理等。在控制策略上，采用了基于智能控制思想的模糊控制，其特點是不依賴于對象模型，利用制定的控制規則進行了模糊推理從而獲得合適的控制量。運用Matlab/Simulink對控制系統進行了建模和仿真，其中速度環采用模糊PI調節，電流環采用傳統的PI調節，為后面的實驗提供了理論分析的基礎。 結合無刷直流電機的結構，利用電機內部的霍爾元件檢測轉子位置。根據模糊控制器的設計方法，給出了模糊控制查詢表。采用TI公司的數字信號處理器TMS320F2812作為主控芯片，在硬件上設計了整流電路、逆變電路、驅動電路、調理及保護電路等；在DSP軟件開發環境CCS下，采用C語言和匯編語言進行了混合編程，實現了轉子位置信號的讀取、PWM波的產生、AD采樣、速度模糊PI調節及電流調節等功能。 通過對整個控制系統的軟硬件聯合調試，進行了相關實驗。相對傳統的控制系統，采用模糊PI控制的系統具有響應速度快、超調量小、穩定性好等優點。實驗結果表明了無刷直流電機模糊控制系統設計的正確性。最后對整個設計進行了總結，對后續的工作給出了自己的見解。
上傳時間： 2013-04-24
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繞組勵磁同步電機具有功率因數可調、效率高等優點，在工業大功率場合獲得了廣泛應用，因此研究和開發高性能的繞組勵磁同步電機驅動系統具有重大的經濟價值和社會效益。目前開發高性能繞組勵磁同步電機驅動系統所采用的控制方案主要有兩種：一種是直接轉矩控制（DTFC）；另一種是磁場定向矢量控制（FOC）。繞組勵磁同步電機的矢量控制策略具有控制結構簡單，物理概念清晰，電流、轉矩波動小，轉速響應迅速，易實現數字控制等優點。因此，在交流傳動領域中，越來越受到學者的關注。但是，無論在國內還是國外，交直交型繞組勵磁同步電機矢量控制系統的研究還缺乏全面深入的理論研究，還沒有建造起矢量控制系統的理論體系構架。本文對繞組勵磁同步電機矢量控制系統進行了初步的理論探討，并進行了詳細的實踐研究，為以后更深入、廣泛地研究此系統，打好堅實的基礎。本論文主要研究內容如下： @@ 通過廣泛的查找文獻，對幾種常見的同步電機傳動系統進行了綜述，分析了同步電機變頻調速原理，在此基礎上，講述了無傳感器技術在同步電機中的應用現狀。無傳感器技術主要有兩大類：基于基波量的檢測方法和基于外加信號的激勵法。隨后，對轉子初始位置的估計進行了綜述，其方法有：基于電機定子鐵芯飽和效應的轉子位置估計，高頻信號注入法，基于定子繞組感應電壓的估計法和基于相電感計算法等。繞組勵磁同步電機轉子初始位置估計的研究還很少。 @@ 對繞組勵磁同步電機矢量控制的理論進行了全面深入地研究，建立起矢量控制的理論體系構架。 @@ 首先，基于磁勢等效原理，將三相靜止交流信號等效變換為兩相旋轉直流信號，將交流電機等效為直流電機進行控制。在Clarke變換和Park變換的基礎上，得到凸極同步電機轉子磁場定向的電壓矩陣方程、功率方程和運動方程。根據上述方程，繪出dq軸的等值電路及矢量圖，得到狀態空間描述的dq軸數學模型。 @@ 其次，根據模型參考自適應原理，對同步電機轉速進行估計。忽略同步電機d軸阻尼繞組的作用，取同步轉速為零，得到同步電機αβ靜止坐標系下 的數學模型。將不含有轉子轉速信息的方程作為參考模型，將含有轉速參數的方程作為可調模型，根據波波夫超穩定性和正性原理，對轉子轉速進行估計。@@ 最后，根據模型參考自適應估計的轉子轉速，設計磁通觀測器來估計轉子磁通，實現磁通反饋閉環控制。磁通觀測器采用降維觀測器，僅對轉子磁通分量進行重構，并通過極點配置算法，合理配置觀測器的極點，使觀測器滿足系統的性能指標，達到磁通觀測的目的。 @@ 新穎的空間矢量脈寬調制算法。從空間矢量的基本概念入手，深入分析了定子三相對稱電壓與空間電壓矢量之間的關系。由三相電壓源型逆變器輸出電壓波形得到六個有效開關狀態矢量，這六個開關矢量和兩個零矢量合成一組等幅不同相的電壓空間矢量，去逼近圓形旋轉磁場。其次，根據空間電壓矢量所在的扇區，選擇相鄰有效開關矢量，在伏秒平衡的法則下，計算各有效開關矢量的作用時間。并且，探討了扇區判斷和扇區過渡問題，定性分析了空間矢量脈寬調制（SVPWM）的性能。最后，根據每個扇區中開關矢量作用時間，采用軟件構造法，在TMS320LF2407A硬件上實現了SVPWM。實驗結果表明，該算法簡單易實現，能夠有效的提高直流母線的電壓利用率，具有在低頻運行穩定，逆變器輸出電流正弦度好等優點。 @@ 空間矢量過調制算法的研究。在上述線性調制的基礎上，提出一種基于電壓空間矢量的過調制方法。過調制區域根據調制度分成兩種不同的模式，分別為模式Ⅰ（0．907
上傳時間： 2013-07-25
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逆變器廣泛應用于工業生產的各個方面，數字控制具有方便實現復雜算法、抗干擾性強和產品容易升級等優點，已成為未來逆變器的發展趨勢。使用數字技術控制設計逆變器，控制器的性能決定了逆變系統系統的性能。然而在很多高頻應用的場合，目前常用的控制器的速度往往不能完全達到要求。與傳統單片機和DSP芯片相比，FPGA器件具有更高的處理速度。同時FPGA應用在數字化逆變器設計中，還可以大大簡化控制系統結構，并可實現多種高速算法，具有較高的性價比。在逆變器的全數字化控制領域，FPGA具有很好的應用價值。 論文首先介紹了SPWM基本原理及其控制方式，SPWM的生成方法，并結合本課題給出了查表法生成SPWM波的一般方法，且以單相全橋逆變器為例進行了仿真。分析其的電路特點，建立PWM逆變器的統一電路模型、連續狀態空間以及離散狀態空間模型，在此數學模型基礎上，針對逆變器研究分析了目前用于逆變器設計的各種數字控制技術、控制方案，討論了其控制方法的優缺點，相關控制器設計的一般問題，最后比較了其優缺點，指出其存在的共性問題，總結了使用FPGA設計逆變器數字控制器的優勢。然后以單相電壓型PWM逆變器為控制模型采用新型模數結合現場可編程門陣列FPGA實現數字化控制器的方案，給出了純正正弦波逆變器的設計方案。 論文詳細論述了采用模數混合型FPGA作為主控芯片的高頻逆變器設計方法與實現過程。系統主控芯片采用Fusion系列AFS600，世界上首個模數混合型FPGA。主要設計要點包括：逆變器硬件電路設計以及SPWM數字控制系統軟件設計。外圍強電電路的設計的難點在于用于前端升壓的高頻變壓器的設計以及輸出端LC濾波電感與電容的選取。另外，SPWM“H”字全橋逆變電路中的高懸浮電壓也是設計中需要值得注意的重要環節。在控制系統軟件設計方面，采用FPGA自上而下的設計方法，對其控制系統進行了功能劃分，完成了SPWM產生器以及加入死區補償的PWM發生器、和反饋等模塊的設計。 論文的結束部分給出了設計結果，并指出了進一步的工作的思路和方向。
上傳時間： 2013-05-19
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