勵磁裝置是同步發電機的重要控制部件，直接影響電機及電力系統的特性，本文介紹了一種基于DSP(TMS320F2812)微控制器的同步發電機勵磁調節器的設計研究。 本文以新型同步發電機勵磁調節器的開發研制為主要內容，首先介紹了同步發電機勵磁系統的重要作用，然后介紹了常用的DSP 芯片特點與構成，最后著重介紹了新型勵磁調節器的軟、硬件設計實現方法，給出了硬件原理圖和軟件流程圖。硬件設計主要有交、直流的調理電路的設計，鐵電儲存設計以及通訊電路、D/A 電路等其它外圍電路的具體設計；軟件由主程序和中斷程序構成。其中，主程序主要完成系統的初始化；中斷程序主要完成數據的采集和算法實現， PID 調節、限制保護模塊等部分以及通訊部份等。 本設計充分利用TMS320F2812 芯片的強大的數據處理能力和豐富的片內外設及高速的實時控制能力，來完成各功能的實現。
上傳時間： 2013-05-20
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永磁無刷直流電動機體積小,功率密度高,控制性能好,效率很高,在工業、車輛、家電、計算機及軍事等諸多領域得到廣泛應用,尤其在電動車應用領域倍受青睞,是當前電動車電動機研發的熱點.可以預見,隨著永磁材料和電力電子器件的價格的進一步降低,以及無刷直流電機驅動的理論研究和實踐應用的不斷完善和提高,永磁無刷直流電機及其控制系統將在很多場合有廣泛的應用前景.該文通過大量的文獻資料閱讀,在對永磁無刷直流電機的發展和現狀有了一個整體了解的基礎上,針對復合式轉子結構永磁無刷直流電機研制了一套弱磁恒功率控制系統,提出一種"雙模控制"的控制策略,成功的實現了基速以下恒轉矩控制,基速以上弱磁恒功率控制.該文的主要內容包括:首先介紹了永磁無刷直流電機的應用現狀和基本原理,以及永磁無刷直流電機弱磁恒功率控制運行機理和難點;其次,對采用復合式永磁無刷直流電機本體的弱磁控制,詳述了其本體結構和整套控制系統,給出了硬件電路和軟件編程,提出了相關控制策略;最后,系統成功運行,獲得了相關實驗數據和波形,驗證了控制策略和系統設計的正確性.
上傳時間： 2013-04-24
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本文對永磁無刷直流電機恒功率弱磁研究進行了較為全面的從仿真到實驗、從理論到實踐的深入研究,同時對傳統面貼式永磁無刷直流電機和復合轉子結構的永磁無刷直流電機進行了詳盡地理論分析,系統地提出了關于復合轉子結構永磁無刷直流電機一套較為完善的理論.本文首先從BLDCM的導通規律和繞組結構入手,真實模擬了傳統面貼式永磁無刷直流電機弱磁調速的物理過程,并獲得其在恒轉矩和恒功率模式下的解析表達式.從而直觀的反映了BLDCM的弱磁機理,獲得了影響其恒功率速度范圍的關鍵參數.借鑒復合轉子結構在永磁同步電機恒功率弱磁中的成功運用,將這種結構引入永磁無刷直流電機中,并完成了兩臺不同磁阻形式和功率、電壓等級的原型樣機的研制.針對原有d、q軸法的局限性,提出了真實模擬永磁無刷直流電機導電方式的場路結合法實現對永磁無刷直流電機的弱磁分析.在場路結合法分析的基礎上,提出了磁阻段提高恒功率速度范圍的真實原因,并進一步提出了采用永磁段、磁阻段雙d軸錯角以擴大轉速范圍的新思想,并在實踐中驗證了這種雙軸空間錯角技術的有效性.從而為復合轉子結構永磁電機運行性能優化提供了新的可供選擇的調節手段.
上傳時間： 2013-08-02
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動力傳動中的直線往復運動往往是通過旋轉運動在傳動裝置的作用下實現的。因此，頻繁的高速和低速的傳遞運動裝置的較好選擇是直線開關磁阻電機(LSRM)。但是，這種電機很少得到運用，這是因為LSRM的數學模型很難準確建立，它的固有的牽引力脈動(類似于旋轉開關磁阻電機的轉矩脈動)也很難克服，因而控制起來比較困難。隨著電力電子技術和數字技術的發展，直線開關磁阻電機以其簡單結實的電機結構、優越的性能和經濟指標，近年來受到學術界的極大關注，不少大學和研究機構都開展了研究工作，取得了一定的成就。本文在“通過先進的控制策略簡化機械裝置”的指導思想下，結合目前國際學術界的最新研究成果，對直線開關磁阻電機的理論、結構設計和系統仿真進行了一系列的研究。 本文從最基本的理論公式推導出直線開關磁阻電機的數學模型，并在此基礎上結合具體參數進行電機的結構設計，分析了各參數的靜態特性，推導出動態方程和傳遞函數，建立了非線性動態模型，利用該模型進行系統的動態特性分析，給出仿真結果；對系統進行優化，提出了一種簡單可行的參數選擇方法。仿真結果表明，其動態響應性能明顯提高。在分析常用功率變換器的基礎上，引進軟開關技術，用來降低電機的損耗和脈動。采用TMS320VC33進行數據處理，給出了與DSP相連接的相關檢測電路。 為了降低和消除開關磁阻電機的脈動和噪聲，本文利用滑模變結構控制具有快速響應和對外部變化不靈敏等優點，設計了LSRM滑模變結構控制系統。仿真結果表明，其效果明顯。 本文研究的目的在于把直線電機的結構和開關磁阻電機的原理和控制方式結合起來，對直線開關磁阻電機進行深入的分析，并在動態特性上進行較多的理論和仿真分析，在保持開關磁阻電機固有的優點上，進一步簡化電機的結構，使之能在一些特殊場合使用，以提高整個傳動系統的效率。 研究結果表明，直線開關磁阻電機的結構十分簡單，控制策略相對成熟，因而直線開關磁阻電機的研究和推廣運用是很有前途的。
上傳時間： 2013-06-20
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開關磁阻電機（SR電機）驅動系統（SRD）是一種先進的機電一體化裝置，但是其較大的振動噪聲和轉矩脈動問題制約了SRD的廣泛應用。本文以減小SR電機振動噪聲和轉矩脈動為主題展開理論分析和實驗研究。主要內容有：由于徑向力引起的定子徑向振動是SR電機噪聲的主要根源，因此徑向力的分析和計算是研究SR電機振動噪聲的基礎。本文利用磁通管法推導出徑向力的解析表達式，定性分析了徑向力與電機結構參數等之間的關系。根據虛位移原理，推導出基于矢量磁勢的電磁力計算公式。該計算方法求解電磁力時只需進行一次磁場計算，不但減小了計算量，同時計算精度較傳統虛位移法高。利用這一計算方法，求出了實驗樣機的轉矩及徑向力的精確數值解。針對在SRD性能仿真時，傳統的非線性插值不但耗時，而且對有限元計算數據量要求高的問題，本文利用人工神經網絡強大的非線性模型辨識能力，成功進行了SR電機磁鏈反演和轉矩計算的模型訓練，最后建立了基于人工神經網絡的SR電機精確解析數學模型。因為SR電機本體結構形式的選擇問題與振動噪聲大小有著密切的關系。本文從噪聲輻射和振動幅值角度探討了SR電機主要尺寸的確定；接著從對稱性、力波階數等角度研究了SR電機相數及繞組連接方式、極數、并聯支路數的選擇問題。并對一些常用的降低電機機械噪聲的措施和方法進行了綜述。系統振動特性的研究對于減小振動噪聲十分重要。本文從振動系統的運動方程出發，導出了從激振力到振動加速度的傳遞函數和系統的自由振動解；然后利用機電類比法得出了SR電機定子系統的固有頻率以及振動振幅的解析解，定性分析了影響振動振幅的各種因素；最后利用基于能量法的有限元解法，通過建立不同的散熱筋結構形式、高度、根數以及形狀的SR電機三維有限元模型，分析得出了最有利于降噪和散熱的散熱筋結構是高度高、根數多、上窄下寬的梯形截面的周向散熱筋的結論。通過建立不同繞組裝配工藝下的SR電機三維有限元模型，分析得出了加強繞組剛度可以提高系統低階固有頻率的結論。通過比較實驗樣機的模態分析結果和運行實驗結果，證實了模態分析的有效性。仿真是計算SRD系統性能和預估電機振動的有效手段。本文在用MATLAB建立SRD系統的非線性動態仿真模型的基礎上，對SRD系統進行了穩態性能仿真、動態性能仿真以及負載突變仿真。接著利用穩態性能仿真，綜合考慮最大平均轉矩和效率這兩個優化目標，對SR電機的開關角進行了優化。最后結合由磁場有限元計算得到的徑向力數據表和穩態性能仿真，通過非線性插值得到徑向力的波形，然后對徑向力波形進行了頻譜分析，從而找到其主要的諧波分量。在電機設計階段避免徑向力波主要頻譜分量與SR電機定子的固有頻率接近而引起共振是降低SR電機噪聲的首要條件。合適的控制策略對于SR電機減振降噪是必不可少的。本文理論推導出三步換相法的時間參數取值公式。仿真證明本取值公式較原先文獻的結論在阻尼比較小時有更好的減振效果。針對SR電機運行中可能出現多個模態振形被激發出來的情況，利用數值優化法對三步換相法的時間參數進行了優化，使得減振效果整體最佳，所提的數值優化方法對兩步換相法同樣有效。在分析已有的直接瞬時轉矩控制的基礎上，針對其不足之處，提出了轉矩定頻控制取代內滯環的方法、開始重疊區域的轉矩控制方法、最佳開關角度二次優化法和時間參數優化的三步換相法等新的控制方案。動態仿真證明這些方案是切實有效的，達到了預期效果。最后在直接瞬時轉矩控制的每一次轉矩斬波都使用三步換相法，和在相關斷時刻根據實際電平靈活選用兩步或三步換相法以減小電機振動噪聲，并提出了考慮減振要求的開關頻率設計方法，最終形成了一套完整的降低振動噪聲和轉矩脈動控制策略。設計并研制了基于TMS320LF2407DSP的SR電機控制器。根據控制策略要求，選用了不對稱半橋功率電路拓撲結構；出于降低成本以及提高可靠性考慮，采用了MOSFET雙路并聯電路方案。在控制軟件中實現了本文所提出的降低SR電機振動噪聲和轉矩脈動控制策略。本文最后對實驗樣機進行了靜態轉矩的測量實驗，對比轉矩測量值與轉矩有限元計算值，驗證了磁場有限元計算的有效性。然后對實驗樣機進行了空載與負載、電流控制與轉矩控制、低速斬波與高速單波、是否采用兩步或三步換相法等一系列對比運行實驗，對比各種實驗結果，充分證實了本文所提出的降低振動噪聲和轉矩脈動控制策略的有效性。本課題組承擔了國家十·五863計劃電動汽車重大專項：“EQ6110HEV混合動力城市公交車用電機及其控制系統”（2001AA501421）。本文的研究是在該項目的資助下完成，并且本文關于電機本體結構形式、散熱筋結構和機械降噪措施等的結論已在該項目的60kW實驗樣機上得到證實。
上傳時間： 2013-07-05
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永磁無刷直流電動機利用轉子上的永磁體激磁，采用電子換相取代機械換相，結構簡單、體積小、效率高，在許多領域得到了廣泛應用。但是，由于永磁無刷直流電動機本身存在較大的轉矩脈動，從而使電機運行性能存在缺陷，限制了它在精密傳動系統中的應用。本文在開發完成永磁無刷直流電動機控制系統的基礎上，針對如何減小和抑制自控式永磁電動機轉矩脈動這一問題，提出了一種混合控制策略：利用原有的六個離散位置信號，在三三導通控制策略的基礎上，融入矢量控制策略，使得電機在運行過程中定子的基波磁勢與轉子磁勢盡量保持在90°左右，來實現近似正弦波電流驅動，可以在不增加系統成本的基礎上，較好地抑制電磁轉矩脈動，并通過實驗驗證其正確性，其主要內容如下： 第二章主要闡述了永磁無刷直流電動機的運行原理，給出了電機的數學模型，在此基礎上，利用Matlab/Simulink軟件建立了電機及控制系統的仿真模型，并給出了仿真和實驗波形。 第三章介紹基于TI公司TMS320F240PQA芯片的永磁直流無刷電機控制器的設計，并對系統主電路、驅動模塊、電流檢測、過壓保護等電路作了詳細的介紹，對設計中容易出現的問題進行分析，搭建了整個系統的硬件平臺。 第四章介紹了常規的矢量控制技術，提出了一種混合控制策略的新方法：利用霍爾位置傳感器的六個位置信號，使得電機在運行過程中定子的基波磁勢與轉子磁勢盡量保持在90°左右，從而達到控制器簡單、轉矩脈動降低的目的。并分析了這種控制策略在勻速、加減速情況下的運行性能。 第五章在前幾章分析的基礎上，完整給出了混合控制策略的軟件編程方法，并按照模塊化的思想，把軟件分成多個獨立模塊，并重點介紹了系統啟動、轉速計算、轉子位置計算、sinθ和cosθ的計算、PWM輸出等幾個部分，并給出實驗波形驗證其可行性。
上傳時間： 2013-05-30
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作為數控機床、機器人等的重要組成部分，隨著加工制造、汽車等行業的發展，永磁交流伺服系統成為國內外研究和應用的一個重要領域。同時隨著功率電子器件和微處理器的進步，伺服系統也逐步向全數字化方向發展，全數字化系統具有可靠性高、實現新控制策略容易、功能豐富等優點。 本文論述了永磁同步電機空間矢量脈寬調制控制的最新發展，分析了從基礎理論到最新的控制算法的有關永磁同步電機空間矢量控制的許多問題。在對永磁同步電動機(PMSM)的數學模型和控制理論進行全面、深入研究的基礎上，本文在PMSM 的電壓空間矢量的弱磁控制方面做了大量的理論和實驗研究，提出一種基于空間矢量PWM (SVPWM)的PMSM 定子磁鏈弱磁控制定方法，在電機轉速達到基本轉速之前采用最大轉矩/電流策略控制，超過基本轉速之后采用弱磁擴速的電流控制策略，使電機具有更大的調速空間，該策略可實現電壓矢量近似連續調節，有效減小了PMSM 的轉矩脈動，提高了系統的性能，仿真結果證明了這一結論。 在上述工作的基礎上，研制開發了一套基于TMS320LF2407A 的高性能全數字永磁交流調速系統。該系統以空間矢量PWM 控制為核心。
上傳時間： 2013-06-08
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本課題是國家自然科學基金重點資助項目“微型燃氣輪機一高速發電機分布式發電與能量轉換系統研究”(50437010)的部分研究內容。高速電機的體積小、功率密度大和效率高，正在成為電機領域的研究熱點之一。高速電機的主要特點有兩個：一是轉子的高速旋轉，二是定子繞組電流和鐵心中磁通的高頻率，由此決定了不同于普通電機的高速電機特有的關鍵技術。本文針對高速永磁電機的機械與電磁特性及其關鍵技術進行了深入地研究，主要包括以下內容： 首先，進行了高速永磁電機轉子的結構設計與強度分析。根據永磁體抗壓強度遠大于抗拉強度的特點，提出了一種采用整體永磁體外加非導磁高強度合金鋼護套的新型轉子結構。永磁體與護套之間采用過盈配合，用護套對永磁體施加的靜態預壓力抵消高速旋轉離心力產生的拉應力，使永磁體高速旋轉時仍承受一定的壓應力，從而保證永磁轉子的安全運行。基于彈性力學厚壁筒理論與有限元接觸理論，建立了新型高速永磁轉子應力計算模型，確定了護套和永磁體之間的過盈量，計算了永磁體和護套中的應力分布。該種轉子結構和強度計算方法已應用于高速永磁電機的樣機設計。 其次，進行了高速永磁轉子的剛度分析和磁力軸承—轉子系統的臨界轉速計算。基于電磁場理論分析了磁力軸承支承的各向同性，利用氣隙靜態偏置磁通密度計算了磁力軸承的線性支承剛度，在對高速電機轉子結構離散化的基礎上建立了磁力軸承—轉子系統的動力學方程，采用有限元法計算了高速永磁電機轉子的臨界轉速。利用該計算方法設計的1臺采用磁力軸承的高速電機，已成功實現60000r/min的運行。 再次，進行了高速永磁電機的定子設計，提出了一種新型環形繞組結構。環型繞組線圈的下層邊放在定子鐵心的6個槽中，而上層邊分布在定子鐵心軛部外緣的24個槽中，不但增加了定子表面的通風散熱面積，使冷卻氣流直接冷卻定子繞組，更為重要的是，解決了傳統2極電機繞組端部軸向過長的難題，使轉子軸向長度大為縮短，從而增加了高速永磁電機轉子系統的剛度。 然后，采用場路耦合以及解析與實驗相結合的方法，分析計算了高速永磁電機的損耗和溫升，并對高速永磁發電機的電磁特性進行了仿真。高速電機的優點是體積小和功率密度大，然而隨之而來的缺點是單位體積的損耗大，以及因散熱面積小造成的散熱困難。損耗和溫升的準確計算對高速電機的安全運行至關重要。為了準確計算高速電機的高頻鐵耗，對定子鐵心所采用的各向異性冷軋電工鋼片制作的試件，進行了不同頻率和不同軋制方向的導磁性能和損耗系數測定。然后采用場路耦合的方法，分析計算了高速電機的定子鐵耗和銅耗、轉子護套和永磁體內的高頻附加損耗以及轉子表面的風磨損耗。在損耗分析的基礎上，計算了高速電機的溫升。最后，設計制造了一臺額定轉速為60000r/min的高速永磁電機試驗樣機，并進行了初步的試驗研究。測量了電機在不同轉速下空載運行時的定、轉子溫升及定子繞組的反電動勢波形。通過與仿真結果的對比，部分驗證了高速永磁電機理論分析和設計方法的正確性。在此基礎上，提出一種高速永磁電機的改進設計方案，為進一步的研究工作打下了基礎。
上傳時間： 2013-04-24
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論文針對兩輪電動車輛(EV)用稀土永磁(REPM)無刷同步電動機(SM)，分別進行了正弦波和方波兩種工作方式下的控制技術研究。論文在全面分析正弦波和方波無刷電機工作原理、調速控制方法及其性能特點的基礎上，分別對36VDC電動自行車和96VDC電動摩托車用稀土永磁無刷同步電動機進行了正弦波、方波驅動系統的構建和控制電路設計。 論文采用高集成度智能專用芯片與廉價的EEPROM配合作為核心控制單元，生成穩定的SPWM脈沖信號，構成36VDC正弦波驅動系統，其外圍電路簡單緊湊，克服了傳統SPWM信號產生方法中微處理機程序容易“跑飛”和模擬系統復雜的缺陷。同時，采用專用PWM調制芯片和硬件邏輯器件構成96VDC方波驅動系統，采用寬范圍輸入電壓的開關電源實現系統的控制供電，將直流電機系統常用的電流截止負反饋電路引入無刷電機驅動系統中，提高了大功率方波驅動系統的可靠性，其原理樣機性能穩定，負載電流可達30A。 兩種系統測試結果分析對比表明：相同結構的稀土永磁無刷同步電動機，采用正弦波或方波驅動控制各有利弊。正弦波驅動采用變頻調速，電機運行平穩，利用弱磁調速，還可實現超高速恒功率運行，但易于失步；而方波驅動采用PWM調壓調速，電機則具有良好的控制特性，機械特性較硬，起動轉矩大，車輛提速快，適于爬坡，但轉矩脈動較大。 綜上所述，采用方波驅動更適合于兩輪電動車輛的運行特點，論文介紹的方波驅動系統在電動車輛應用領域有著較好的發展前景。
上傳時間： 2013-04-24
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勵磁調節系統是同步發電機的重要組成部分，對同步發電機乃至電力系統的安全穩定運行有著重要影響。隨著電力系統規模的不斷增大，系統結構和運行方式日趨復雜，對同步發電機勵磁控制系統運行的可靠性、穩定性、經濟性和靈活性提出了更高的要求。本文根據勵磁調節器的國內外發展趨勢，研究開發了以TMS320F2812芯片為控制核心的同步發電機DSP勵磁調節器。 本文首先介紹了數字勵磁的發展歷程、特點及應用范圍，然后介紹了同步發電機勵磁控制系統的國內外發展狀況及趨勢，提出了基于數字信號處理器 TMS320F2812 控制的絕緣柵雙極晶體管(IGBT)微機勵磁系統的結構和設計方案。 在詳細解釋功率器件 IGBT 和控制器件TMS320F2812芯片基礎上，提出了勵磁系統的主要硬件設計及軟件實現方法；完成了IGBT勵磁裝置主回路和 IGBT 保護及驅動單元的設計；進行調節器硬件設計，給出了硬件原理圖和軟件流程圖；利用TMS320F2812芯片強大的數據處理能力和豐富的片內外設和高速的實時處理能力，用單片系統結構實現了交流采樣、變速積分 PID控制算法、PWM功率調節和系統保護等功能。TMS320F2812芯片的引入，大大簡化了勵磁控制器的硬件結構，提高了勵磁系統的抗干擾能力和可靠性。 最后，為驗證所設計的勵磁調節器的有效性和控制效果，采用 MATLAB 中 SIMULINK 仿真平臺，設計了勵磁控制系統各環節的仿真模型。仿真結果表明，采用 TMS320F2812的同步發電機IGBT勵磁系統具有響應快速、調節靈敏、控制性能優良等特點。
上傳時間： 2013-07-29
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