本課題的研究工作主要圍繞機床用永磁交流伺服電動機設計展開，所做的主要工作包括以下幾個部分： 首先，釹鐵硼永磁材料導電率較高、耐熱性能較差，當電機氣隙磁場諧波含量較大時，永磁體中就會感應出渦流形成渦流損耗導致永磁體發(fā)熱。因此，有必要對轉子永磁體內的渦流進行計算和分析。本文分析了永磁同步電動機轉子永磁體內渦流產生的原因，建立渦流的數學模型并推導出永磁體渦流損耗的計算公式。用ANSOFT有限元軟件建立電動機的物理模型進行電磁場求解，結合路的計算公式算出永磁體的渦流損耗。 其次，運行平穩(wěn)性是伺服電動機的一項重要的性能指標，而轉矩波動的大小直接影響運行平穩(wěn)性。本文分析了機床用永磁交流伺服電動機轉矩波動產生的原因，運用轉矩波動計算公式結合ANSOFT有限元軟件，計算比較相同功率、相同極數不同槽數時，電動機的轉矩波動情況。通過比較計算出的轉矩波動百分比的大小，選擇所設計電動機的極槽配合，以提高機床用永磁交流伺服電動機的運行性能。 最后，完成機床用永磁交流伺服電動機基本結構尺寸以及電磁參數的選取，利用有限元軟件，分析計算氣隙長度變化對失步轉矩倍數和永磁體用量的影響，以及永磁體寬度對氣隙磁密波形的影響，以此合理選擇氣隙長度和永磁體的寬度，使電動機的性能更優(yōu)良。在上述研究的基礎上，本文設計了一臺0.9kW，8極36槽的機床用永磁交流伺服電動機樣機，并對其性能進行了測試，測試結果表明，電機的性能指標達到了預期的要求，證明了電機設計過程理論分析計算的正確性。
上傳時間： 2013-06-13
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高性能伺服控制系統(tǒng)日益廣泛地應用于現代工業(yè)、家用電器和國防等各個領域。采用先進控制策略和全數字控制技術的永磁同步電機伺服系統(tǒng)，已成為高性能伺服系統(tǒng)發(fā)展的主流方向。應用在交流伺服系統(tǒng)上的背景技術不斷進步，同時市場對伺服系統(tǒng)性能、成本及自適應能力的要求也不斷提高。 本文從詳細分析了永磁同步電機的數學模型和矢量控制的基本原理，選取了基于id=0轉子磁場定向矢量控制方式，采用電壓空間矢量（SVPWM）調制技術，建立了位置、轉速、電流三閉環(huán)控制的永磁同步電機伺服系統(tǒng)。針對伺服系統(tǒng)在運行過程中參數變化及負載擾動等問題，深入分析了連續(xù)與離散系統(tǒng)滑模變結構控制器設計的基本原則和方法，將滑模變結構控制與矢量控制相結合，改進了基于趨近率的單段滑模面變結構控制，設計了適用于矢量控制位置伺服系統(tǒng)的分段式滑模變結構控制器。在Matlab/Simulink7．1仿真環(huán)境和以Freescale MC56F8346DSP為核心的實驗系統(tǒng)平臺進行了詳盡的仿真和實驗研究。結果表明本系統(tǒng)滿足高性能伺服控制系統(tǒng)的基本要求，滑模變結構控制能夠有效應用于矢量控制伺服系統(tǒng)并提高其魯棒性。
標簽： 滑模變結構 控制 伺服系統(tǒng)
上傳時間： 2013-07-18
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能源和環(huán)境的雙重壓力、電子技術與控制理論的飛速發(fā)展使得柴油機控制能夠采用電子控制技術，并成為柴油機控制的研究熱點。本文針對我國內燃機車牽引用的柴油機(12V240ZJ6E)，主要研究其電控單體泵的電子控制技術。實現了電控單體泵在實驗臺上的電子控制，為最終降低內燃機車柴油機在輕載工況下的燃油消耗率并改善其排放打下基礎。在以下三方面展開研究工作： 首先，根據柴油機的燃油噴射原理，深入研究高壓燃油在泵-管-嘴系統(tǒng)中的傳遞規(guī)律，分析燃油噴射系統(tǒng)的各種電子控制方式，結合我國內燃機車柴油機改造的現狀并參考國內外應用實例，確定采用“電控單體泵系統(tǒng)”方案。針對性地分析電控單體泵的特性，總結出電控單體泵的控制規(guī)律。 其次，設計電控單體泵的高速大流量電磁閥驅動模塊，其性能直接影響電磁閥的響應特性。通過計算和試驗對比的方法獲得不同驅動電壓、不同續(xù)流回路情況時的動態(tài)響應，找出最優(yōu)電路參數和控制參數。用于多缸柴油機的驅動模塊可以修正各單體泵噴油特性的差異。 第三，設計凸輪軸轉速的測量模塊。采集安裝于凸輪軸上的測速齒輪的脈沖信號，計算凸輪軸的瞬時轉速和相位，并對瞬時轉速進行預測，為查找脈譜表以確定噴油定時和噴油量奠定基礎。凸輪軸轉速的預測方法為“相鄰區(qū)間+自適應參數修正”。 最后，設計控制電路，以數字信號處理器為主控芯片。在數字信號處理器中完成柴油機的轉速測量和電磁閥驅動脈沖生成。由于內燃機車上的電磁環(huán)境比較惡劣，采用了抗干擾措施。 通過上述工作，掌握了電控單體泵系統(tǒng)的基本特性，完成了電子控制單元主要電路的設計，并實現凸輪軸的測速和電磁閥的控制。電子控制單元在電控單體泵試驗臺上進行了試驗。結果表明，測速準確、電磁閥驅動及其控制方式合理，為后續(xù)工作打下良好的基礎。
上傳時間： 2013-04-24
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射頻識別技術是一種自20 世紀80 年代新興的自動識別技術。它是利用無線射頻方式進行非接觸雙向數據通信。相對于普遍應用的13.56MHz 射頻識別系統(tǒng)，本設計中的868MHz 射頻識別系統(tǒng)有著更多的優(yōu)點：讀寫距離遠，閱讀速度快等，是目前國際上RFID產品發(fā)展的熱點。 本課題研究的內容包括研究符合ISO18000－6 標準的超高頻RFID 電子標簽的主要特點、結構、工作原理及讀寫方法, 重點在于與其相應讀卡器的設計方案, 包括讀卡器的硬件電路設計、軟件程序流程以及與上位機通信的實現。 在硬件設計中，選用ATMEL 公司的AVR 單片機ATmega8 作為主控制器，設計了主控、復位、串行通信等電路。并以RFM 公司開發(fā)的TRC101 為射頻收發(fā)芯片進行了射頻收發(fā)模塊的設計。 軟件設計采用模塊化編程和結構化編程的思想，單片機編程語言為匯編語言，與上位機串行通信采用Visual Basic 編程。經過測試，誤碼率較低，編制的防沖突程序實現了基于隨機二進制算法的防沖突功能。 本設計具有可靠性高，模塊化設計等特點，通過驗證,滿足標準要求，達到了預期的目的，并證明了本設計性能的穩(wěn)定性和可靠性。
上傳時間： 2013-04-24
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永磁同步發(fā)電機由于一系列高效節(jié)能的優(yōu)點，在工農業(yè)生產、航空航天、國防和日常生活中得到廣泛應用，并且受到許多學者的關注，其研究領域主要涉及永磁同步發(fā)電機的設計、精確性能分析、控制等方面。 本課題作為國家自然科學基金項目《無刷無勵磁機諧波勵磁的混合勵磁永磁電機的研究》的課題，主要研究永磁電機的電磁場空載和負載計算，求出永磁電機的電壓波形和電壓調整率，為分段式轉子的混合勵磁永磁電機的研究奠定基礎，主要做了以下工作： 首先介紹了永磁同步發(fā)電機的基本原理，包括永磁同步發(fā)電機的結構形式和永磁同步發(fā)電機的運行性能，采用傳統(tǒng)解析理論給出了電壓調整率的計算方法及外特性的計算模型；然后用有限元ANSYS對永磁同步發(fā)電機樣機進行實體建模，經過定義分配材料、劃分網格、加邊界條件和載荷、求解計算等，得到矢量磁位Az、磁場強度H、磁感應強度B等結果，直觀地看出電機內部的磁場分布情況。 其次根據電磁場計算結果，應用齒磁通法對其進行后處理。該方法求解轉子在一個齒距內不同位置處的磁場，以定子齒的磁通為計算單位，根據繞組與齒的匝鏈關系，計算出磁鏈隨時間的變化，進而得到永磁同步發(fā)電機空、負載時電壓大小及波形。通過計算結果寫實驗結果對比，驗證了齒磁通法的正確性，為計算永磁同步發(fā)電機各種性能特性提供有力工具。 最后，基于齒磁通法對永磁同步發(fā)電機的外特性進行了深入研究，定量分析了結構參數對外特性的影響規(guī)律，提出了有效降低電壓調整率的方法的是：增加氣隙長度g的同時，適當增加永磁體的磁化方向的長度hm；此外，要盡量的減少每相串聯(lián)匝數N和增大導線面積以減小阻抗參數。通過改變電機的結構參數，對其電磁場進行計算，找到永磁電機電壓調整率的變化規(guī)律，為加電勵磁的混合勵磁永磁電機做準備，達到穩(wěn)定輸出電壓的目的。
上傳時間： 2013-04-24
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在傳統(tǒng)的直線驅動場合，都是由旋轉電機提供原動力，再由絲杠、絲桿、齒條等中間機構轉換為直線運動。這樣的設置，不僅在中間傳動過程中消耗了大量的能量，而且摩擦產生的噪聲也非常明顯，同時也給系統(tǒng)的維護工作帶來了麻煩。 直線電機的出現可以使上述問題得到解決，由于具備直接將電能轉化為直線運動的能力，直線電機已經在機床驅動、集成電路組裝等場合逐漸取代了傳統(tǒng)的旋轉電機的位置。 自19世紀中期直線電機的概念被首次提出以來，經過孕育、實驗、開發(fā)和實用這四個階段的發(fā)展，并借助于電力電子技術，以及日漸成熟的直線電機控制技術，直線電機已經廣泛應用到了制造業(yè)、交通運輸業(yè)等各個方面。 與旋轉電機類似，按工作原理的不同，直線電機也有著各種類型，應用較多的是直線步進電機、直線同步電機和直線感應電機。其中直線步進電機更多的是應用在需要精確定位的場合，比如半導體工業(yè)；后兩者則被應用在需要連續(xù)和大推力的場合，比如機床。而直線同步電機，尤其是永磁直線同步電機，憑借更大的單位面積推力、更高的效率等優(yōu)點受到了更多的青睞，與此同時，由于沒有了勵磁繞組，電機的整個結構也得以簡化。另一方面，我國豐富的稀土資源也為這種電機的發(fā)展提供了廣泛空間。 作為一種較為新穎的電機，目前國內仍缺乏系統(tǒng)化的永磁直線同步電機設計方案，尤其是電樞繞組部分。常用的方法仍是基于傳統(tǒng)的旋轉電機，例如使用雙層疊繞組方案。通過對實際電機的軟件模擬，我們發(fā)現這樣的設計思路的表現并不能令人滿意，比如造成了動子線圈槽滿率過大，電機設計難以形成系列化等缺點，而電機本身輸出推力的波動也較大。 針對傳統(tǒng)方案的一系列缺點，本文提出了一種新的永磁直線同步電機設計方案。該方案基于“單元電機”的概念，使用單層同心式線圈。當目標推力要求變化時，只需改變“單元電機”的數目和排列組合的方式，就可以達到改變的目的。而每個單元中的繞組連接方式則不需要改變，由此避免了繁瑣而復雜的繞組設計，這就給電機的系列化設計帶來了便捷。同時，單層繞組的使用也更方便嵌線，也更有利于降低銅耗，提高效率。 在完成單元電機設計任務的基礎上，本文利用加拿大Infolytica公司出品的電磁場有限元分析軟件MagNet對電機的運行進行了模擬，并得到了電機的額定輸出推力曲線和反電動勢曲線，輸出推力曲線較之傳統(tǒng)方案也更平穩(wěn)。體現了該設計方案的優(yōu)越性。
上傳時間： 2013-06-29
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在電力系統(tǒng)容量日益擴大和電網電壓運行等級不斷提高的潮流下，傳統(tǒng)電磁式互感器在運行中暴露出越來越多的弊端，難以滿足電力系統(tǒng)向自動化、標準化和數字化的發(fā)展需求，電子式互感器取代傳統(tǒng)電磁式互感器已經成為一種必然的趨勢，并成為人們研究的熱點。本文圍繞電子式電流互感器高壓側數據采集系統(tǒng)進行了研究與設計。 Rogowski線圈是電流傳感元件，本文總紿了Rogowski線圈的基本原理，其中包括線圈的等效電路和相量圖，線圈的電磁參數計算。在理論研究的基礎上，結合實際設計一款高精度PCBRogowski線圈。電容分壓器是電壓傳感元件，文章中介紹了傳感器的原理、傳感器的模型結構，針對其自身結構缺陷和工作環(huán)境的電磁干擾，提出具有針對性的電磁兼容設計方法。 積分器的性能一直是影響Rogowski線圈電流傳感器的精度和穩(wěn)定性的重要因素之一。模擬積分器具有結構簡單、響應速度快、輸入動態(tài)范圍大等優(yōu)點；數字積分器具有性能穩(wěn)定，精度高等優(yōu)點。后者的優(yōu)勢使其成為近年來Rogowski線圈電流互感器實用化研究的一個熱點問題。本文設計了一套數字積分器設計的方法，其中包括了積分算法的選擇，積分輸入采樣率和分辨率的確定，數字積分器的通用結構，積分初值的選擇方法等。 為了保證系統(tǒng)的運行穩(wěn)定，文章中的系統(tǒng)只采用激光供電模式，降低數據采集系統(tǒng)的功耗就成了系統(tǒng)設計的一個重要環(huán)節(jié)。文章中介紹了一些實用的低功耗處理方法，分析了激光器的特性，光電池的特性和光電轉換器件的特性，并根據這些器件的特性，改進了數據發(fā)送激光器的驅動電路，大幅度降低了系統(tǒng)的功耗，保證了系統(tǒng)在較低供電功率條件下的正常運行。 論文最后對全文工作進行總結，提出進一步需要解決的問題。
標簽： 電子式互感器 數據采集系統(tǒng)
上傳時間： 2013-07-10
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隨著信息技術的飛速發(fā)展，數據吞吐量急劇增長，要求有更高的傳輸速度，來滿足大量數據的傳輸，而原有的并行數據傳輸總線結構上存在自身無法克服的缺陷，在高頻環(huán)境下容易串擾，而增大誤碼率。SATA串行總線技術應運而生。作為一種新型的總線接口，它提供了高達3.0Gbps的數據傳輸速率，使用8B/10B編碼格式，采用LVDS NRZ串行數據傳輸方式，有良好的抗干擾性能，有更強的達到32位的循環(huán)冗余校驗，并且提供了良好的物理接口特性，支持熱拔插，代表著計算機總線接口技術的發(fā)展方向。FPGA作為一種低功耗的半導體器件，在高頻工作環(huán)境中有優(yōu)良的性能，將處理器與低功耗FPGA結合起來使用是數據存儲應用的趨勢，這樣能夠使得接口方案更加靈活。而在眾多FPGA器件中，Xilinx公司的Virtex-4平臺內部集成了PowerPC高性能處理器，并且其中提供了Rocket IO MGT這種嵌入式的多速率串行收發(fā)器，能夠以6.25-622Mb/s的速度傳送數據，并且支持包括SATA協(xié)議在內的多種串行通信協(xié)議。 本文從物理層、鏈路層、傳輸層分析了SATA1.0技術的接口協(xié)議，在此基礎提出滿足協(xié)議需求和適合FPGA設計的設計方案，并給出總體設計框圖，依照FPGA的設計方法，采用Xilinx公司的Virtex-4設計了一個符合SATA1.0接口協(xié)議的嵌入式存儲裝置，實現數據的存儲，仿真運行結果正常。
標簽： SerialATA FPGA 嵌入式系統(tǒng)
上傳時間： 2013-04-24
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近年來，隨著集成電路技術和電源管理技術的發(fā)展，低壓差線性穩(wěn)壓器（LDO）受到了普遍的關注，被廣泛應用于便攜式電子產品如PDA、MP3播放器、數碼相機、無線電話與通信設備、醫(yī)療設備和測試儀器等中，但國內研究起步晚，市場大部分被國外產品占有，因此，開展本課題的研究具有特別重要的意義。 首先，簡單闡述了課題研究的背景及意義，分析了低壓差線性穩(wěn)壓器（LDO）研究的現狀和發(fā)展趨勢，并提出了設計的預期技術指標。 其次，詳細分析了LDO線性穩(wěn)壓器的理論基礎，包括其結構、各功能模塊的作用、系統(tǒng)工作原理、性能指標定義及設計時對性能指標之間相互矛盾的折衷考慮。 再次，設計了基于自偏置電流源的帶隙基準電壓源，選取PMOS管作為系統(tǒng)的調整元件并計算出了其尺寸，設計了基于CMOS工藝的兩級誤差運算放大器。利用HSPICE工具仿真了基準電壓源和誤差運算放大器的相關性能參數。 然后，重點分析了穩(wěn)壓器的穩(wěn)定性特征，指出系統(tǒng)存在的潛在不穩(wěn)定性，詳細論述了穩(wěn)定性補償的必要性，比較了業(yè)界使用過的幾種穩(wěn)定性補償方法的不足之處，提出了一種基于電容反饋VCCS的補償方法，對系統(tǒng)進行了穩(wěn)定性的補償； 最后，將所設計的模塊進行聯(lián)合，設計了一款基于CMOS工藝的LDO線性穩(wěn)壓器電路，利用HSPICE工具驗證了其壓差電壓、靜態(tài)電流、線性調整率等性能指標，仿真結果驗證了理論分析的正確性、設計方法的可行性。
標簽： CMOS 工藝 低壓差線性穩(wěn)壓器
上傳時間： 2013-07-08
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石油鉆采設備通常工作于公共電網所不及的沙漠、海洋和陸地等環(huán)境場合，其中的電站子系統(tǒng)由數臺柴油發(fā)電機組及其相應的控制系統(tǒng)構成，為石油鉆機提供動力電源（小電網供電系統(tǒng)）。石油鉆機中的鉆井設備（絞車、泥漿泵和轉盤等）由大功率的交流或直流電動機驅動，根據鉆井工藝需要調節(jié)轉速和控制轉矩，因此，通常采用VFD變頻調速系統(tǒng)或SCR直流調速系統(tǒng)來滿足鉆井工藝要求。眾所周知，電力電子裝置（VFD變頻傳動系統(tǒng)和SCR直流傳動系統(tǒng)）對電力系統(tǒng)帶來諧波污染，尤其是對柴油發(fā)電機組小電網系統(tǒng)，諧波污染的問題將更為嚴重，而且SCR電驅動系統(tǒng)的功率因數較低，也給小電網系統(tǒng)帶來額外負擔，影響供電質量。因此，對石油鉆機電驅動系統(tǒng)進行諧波抑制和提高功率因數，顯得尤為重要。本論文正是針對此問題進行的研究和實踐。 本文對石油鉆機電驅動系統(tǒng)的構成及其工作原理作了介紹，重點分析了SCR和VFD電驅動系統(tǒng)諧波和無功功率產生的原因及危害，結合國內外的研究成果，提出對石油鉆機電驅動系統(tǒng)進行諧波抑制和無功補償的方案，并將其應用到實際的工程項目中。 石油鉆機電驅動系統(tǒng)為典型的多諧波源系統(tǒng)，本文對各個諧波源進行了詳細地分析，并且將多個諧波源進行了合成疊加和計算，來確定對電網系統(tǒng)總的影響（電壓畸變率）；針對SCR和VFD電驅動系統(tǒng)的結構和特點，提出了對SCR和VFD系統(tǒng)進行諧波抑制和無功功率補償的不同解決方案，即：對SCR電驅動系統(tǒng)，采用有源濾波器+動態(tài)無功功率補償的辦法，來消除諧波和改善功率因數；而對VFD電驅動系統(tǒng)，采用有源濾波器來消除諧波即可。 對石油鉆機SCR和VFD電驅動系統(tǒng)諧波進行的分析和計算，為兩系統(tǒng)諧波抑制的方案選型和系統(tǒng)優(yōu)化提供了設計依據。本文選用適合于柴油發(fā)電機組小電網供電系統(tǒng)的有源濾波器（額定電壓為690V）來濾除諧波，在系統(tǒng)結構上，采用一個諧波源配置一個有源濾波器的方法，主要解決了CT和PT連接的問題，實踐證明系統(tǒng)配置合理，濾波效果良好。同時對SCR電驅動系統(tǒng)設計了動態(tài)無功補償裝置，通過實測數據驗證了本文對SCR電驅動系統(tǒng)的無功進行了有效地補償。
上傳時間： 2013-04-24
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