基于TMS320F2812高精度跟蹤伺服控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)
上傳時(shí)間： 2013-08-03
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盤(pán)式永磁電機(jī)因其較高的轉(zhuǎn)矩密度和良好的動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性，在各種驅(qū)動(dòng)、伺服和控制領(lǐng)域得到了迅速的推廣和應(yīng)用。本文針對(duì)盤(pán)式永磁同步電動(dòng)機(jī)的設(shè)計(jì)展開(kāi)研究，所做工作主要包括以下幾個(gè)部分： 首先，從電機(jī)的主要尺寸方程入手將盤(pán)式永磁電機(jī)和徑向永磁電機(jī)的轉(zhuǎn)矩密度進(jìn)行了比較，得到了兩種電機(jī)轉(zhuǎn)矩密度的變化關(guān)系。推導(dǎo)了六相盤(pán)式永磁同步電動(dòng)機(jī)的電樞反應(yīng)電抗、槽漏抗等的計(jì)算公式，同時(shí)也給出了這些參數(shù)相應(yīng)的有限元計(jì)算方法，兩種計(jì)算結(jié)果基本一致。并且在對(duì)多極少齒結(jié)構(gòu)電機(jī)的漏磁系數(shù)進(jìn)行研究的基礎(chǔ)上，總結(jié)了該類(lèi)電機(jī)的漏磁系數(shù)的計(jì)算方法。 其次，采用了針對(duì)六相電機(jī)的22極24槽結(jié)構(gòu)，使得電機(jī)的主要尺寸減小，電機(jī)定子沖槽、電樞下線等工藝要求降低。利用有限元法和傅立葉分析求解對(duì)永磁體的形狀進(jìn)行優(yōu)化，可使得永磁電機(jī)氣隙磁密波形畸變率減小，進(jìn)而降低的轉(zhuǎn)矩波動(dòng)。定量分析了不同定子槽口寬度對(duì)空載反電動(dòng)勢(shì)波形和齒槽轉(zhuǎn)矩的影響規(guī)律。 通過(guò)對(duì)盤(pán)式永磁電機(jī)的磁場(chǎng)分布特點(diǎn)的研究，編寫(xiě)了分環(huán)法盤(pán)式永磁電機(jī)電磁設(shè)計(jì)程序。通過(guò)對(duì)樣機(jī)設(shè)計(jì)值與實(shí)驗(yàn)值比較，不斷對(duì)盤(pán)式永磁電動(dòng)機(jī)的電磁程序進(jìn)行完善和修正，目前已經(jīng)形成了一個(gè)比較實(shí)用可靠的CAD軟件。 對(duì)盤(pán)式永磁電機(jī)轉(zhuǎn)子盤(pán)體進(jìn)行剛度計(jì)算，并且也對(duì)電機(jī)的定子進(jìn)行了固有頻率的計(jì)算，保證了電機(jī)的可靠運(yùn)行。 最后，在上述研究的基礎(chǔ)上，本文設(shè)計(jì)制造了一臺(tái)5kW的雙定子單轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)的盤(pán)式永磁同步電動(dòng)機(jī)樣機(jī)并做了詳細(xì)的實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果與理論分析基本一致。
標(biāo)簽： 高功率密度 永磁同步電動(dòng)機(jī)
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風(fēng)能是可再生能源，世界各國(guó)越來(lái)越重視風(fēng)能的開(kāi)發(fā)和利用。國(guó)內(nèi)外學(xué)者也開(kāi)始研究高效率永磁電機(jī)在風(fēng)力發(fā)電上的應(yīng)用。在山東省科技廳資助下，本文研究了一種新型結(jié)構(gòu)的雙轉(zhuǎn)子永磁發(fā)電機(jī)，其高運(yùn)行效率和特殊的電機(jī)結(jié)構(gòu)，使其在小型風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中存在著巨大優(yōu)勢(shì)。本文主要研究的內(nèi)容如下： 第一部分首先給出了雙轉(zhuǎn)子永磁電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)、等效磁路、工作原理，然后對(duì)雙轉(zhuǎn)子永磁電機(jī)電樞反應(yīng)電感參數(shù)進(jìn)行計(jì)算。 第二部分對(duì)雙轉(zhuǎn)子永磁電機(jī)的空載感應(yīng)電勢(shì)進(jìn)行解析計(jì)算和有限元分析驗(yàn)證。首先通過(guò)引入相對(duì)比磁導(dǎo)函數(shù)，給出了雙轉(zhuǎn)子永磁電機(jī)考慮齒槽效應(yīng)時(shí)定子表面的磁場(chǎng)分布，并給出了相應(yīng)的波形。然后采用矢量合成法推導(dǎo)了空載感應(yīng)電勢(shì)的表達(dá)式，為了驗(yàn)證空載電勢(shì)解析法的正確性，本文采用有限元法對(duì)其分析計(jì)算。通過(guò)比較得出：解析法和有限元法吻合很好。最后，針對(duì)雙轉(zhuǎn)子電機(jī)的特殊結(jié)構(gòu)，提出了三種改善電勢(shì)波形的方法，并利用解析法對(duì)其進(jìn)行分析，證明了這幾種措施的可行性。 第三部分針對(duì)halbach磁體電機(jī)在風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中的潛在優(yōu)勢(shì)，主要研究了halbach磁體結(jié)構(gòu)雙轉(zhuǎn)子電機(jī)的電勢(shì)和齒槽轉(zhuǎn)矩。首先給出了halbach陣列的基本原理，采用有限元法分析了halbach磁體結(jié)構(gòu)雙轉(zhuǎn)子電機(jī)的磁場(chǎng)分布及空載電勢(shì)波形，并對(duì)其進(jìn)行了諧波分析。最后利用能量的虛位移法推導(dǎo)了雙轉(zhuǎn)子電機(jī)的齒槽轉(zhuǎn)矩，對(duì)于halbach磁體雙轉(zhuǎn)子電機(jī)，提出了三種減小轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)的方法，并通過(guò)有限元分析進(jìn)行了比較，證明了這幾種措施的可行性。 第四部分對(duì)雙轉(zhuǎn)子電機(jī)的設(shè)計(jì)進(jìn)行了分析，提出了先分別設(shè)計(jì)內(nèi)外電機(jī)再統(tǒng)一調(diào)整的設(shè)計(jì)方法，最后設(shè)計(jì)制作了樣機(jī)，給出了樣機(jī)圖片。并對(duì)樣機(jī)進(jìn)行試驗(yàn)，測(cè)量不同轉(zhuǎn)速下電機(jī)的空載電勢(shì)波形，電機(jī)的電勢(shì)-轉(zhuǎn)速曲線，電機(jī)的負(fù)載電壓-電流特性曲線，并測(cè)量了電樞反應(yīng)電感數(shù)值，通過(guò)對(duì)比可以得出：試驗(yàn)值、解析值和有限元值吻合很好。
標(biāo)簽： 轉(zhuǎn)子 風(fēng)力發(fā)電機(jī)
上傳時(shí)間： 2013-08-04
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超聲波電機(jī)(Ultrasonic Motor簡(jiǎn)稱(chēng)USM)是八十年代發(fā)展起來(lái)的新型微電機(jī)。本文針對(duì)超聲波電機(jī)及其控制技術(shù)的研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì),以我國(guó)研究技術(shù)相對(duì)比較成熟并有產(chǎn)業(yè)化前景的行波超聲波電機(jī)(Traveling-wave Ultrasonic Motor簡(jiǎn)稱(chēng)TUSM)的伺服控制技術(shù)為研究對(duì)象,以直徑60mm的行波超聲波電機(jī)TUSM60為研究實(shí)例,在特性測(cè)試、動(dòng)穩(wěn)態(tài)性能分析,辨識(shí)模型建立、控制策略與控制算法的選擇與實(shí)現(xiàn)等方面展開(kāi)研究。本論具體的研究?jī)?nèi)容為： 在分析超聲波電機(jī)研究歷史和現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上,結(jié)合國(guó)內(nèi)外超聲波電機(jī)特別是行波超聲波電機(jī)控制技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì),重點(diǎn)論述了行波超聲波電機(jī)及其驅(qū)動(dòng)控制技術(shù)的研究進(jìn)展。 介紹行波超聲波電機(jī)的基本結(jié)構(gòu),并從該電機(jī)的主要理論基礎(chǔ)--壓電原理、行波合成、接觸模型出發(fā),分析了行波超聲波電機(jī)定子質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)方程.并結(jié)合定轉(zhuǎn)子摩擦接觸特點(diǎn),分析了行波超聲波電機(jī)的運(yùn)行機(jī)理。 根據(jù)對(duì)行波超聲波電機(jī)測(cè)試和高精度控制的要求,研制出基于雙DSP和FPGA的超聲波電機(jī)高性能測(cè)試控制平臺(tái)。其中控制核心采用了雙DSP結(jié)構(gòu),可以在對(duì)行波超聲波電機(jī)進(jìn)行控制的同時(shí),將必要的參數(shù)讀取出來(lái)進(jìn)行分析和研究。為行波超聲波電機(jī)瞬態(tài)特性分析以及控制策略、控制算法的深入研究打下了基礎(chǔ)。 對(duì)電機(jī)的瞬態(tài)、穩(wěn)態(tài)特性進(jìn)行的測(cè)試,可以分析驅(qū)動(dòng)頻率、電壓以及相位差等調(diào)節(jié)量對(duì)電機(jī)輸出的影響。在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步對(duì)行波超聲波電機(jī)的調(diào)節(jié)方式、控制算法選擇方面進(jìn)行分析,并得到相應(yīng)結(jié)論。 通過(guò)對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的總結(jié)和歸納,利用系統(tǒng)辨識(shí)中的非參數(shù)方法,建立在特定頻率條件下的近似線性模型。在行波超聲波電機(jī)工作范圍內(nèi),辨識(shí)若干組不同頻率條件下的近似線性模型,將這些模型的參數(shù)進(jìn)行二維或三維擬合,可以得到一個(gè)關(guān)于行波超聲波電機(jī)傳遞函數(shù)的模型。辨識(shí)模型的建立為合理的選擇和優(yōu)化控制參數(shù),控制效果的驗(yàn)證等提供了行之有效的手段。 在對(duì)行波超聲波電機(jī)的速度控制、位置控制展開(kāi)的研究中.首先利用遺傳算法對(duì)常規(guī)PI恒轉(zhuǎn)速控制的控制參數(shù)整定及修正方法進(jìn)行了研究；利用神經(jīng)元的在線自學(xué)習(xí)能力,研究和設(shè)計(jì)單神經(jīng)元PID-PI轉(zhuǎn)速控制器,提高控制系統(tǒng)對(duì)電機(jī)非線性和時(shí)變性的適應(yīng)能力；為了消除在伺服控制中,單一調(diào)節(jié)量(驅(qū)動(dòng)頻率)情況下,低轉(zhuǎn)速的跳躍問(wèn)題,研究和討論了多調(diào)節(jié)量分段控制方法,并利用模糊控制對(duì)控制方法的有效性進(jìn)行了驗(yàn)證；在位置控制中,利用轉(zhuǎn)速控制研究的結(jié)果,研究和設(shè)計(jì)了位置--速度雙環(huán)(串級(jí))控制器,實(shí)現(xiàn)了電機(jī)高精度位置伺服控制。 通過(guò)對(duì)已有控制系統(tǒng)的改進(jìn)和簡(jiǎn)化,設(shè)計(jì)和研制了具有實(shí)用化價(jià)值行波超聲波電機(jī)控制器：并將研究成果應(yīng)用于針對(duì)核磁成像設(shè)備而設(shè)計(jì)的行波超聲波電機(jī)隨動(dòng)控制系統(tǒng)中,同時(shí)嘗試了將該控制器用于高精度X-Y兩維定位平臺(tái)。
上傳時(shí)間： 2013-07-13
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礦井高壓電網(wǎng)多以6KV 供電為主，高壓防爆開(kāi)關(guān)成為了井下供電系統(tǒng)的最為關(guān)鍵的設(shè)備之一。近年來(lái)，由于煤礦開(kāi)采中因電氣保護(hù)失控而引發(fā)事故的增長(zhǎng)，國(guó)家對(duì)井下供電系統(tǒng)的可靠性、安全性的要求越來(lái)越高，因而采用現(xiàn)代化新技術(shù)對(duì)礦井下高壓控制設(shè)備進(jìn)行技術(shù)改造和創(chuàng)新被提到了一個(gè)重要的高度。隨著微機(jī)技術(shù)的應(yīng)用與發(fā)展，以單片機(jī)為核心的高壓開(kāi)關(guān)智能綜合保護(hù)技術(shù)，能夠較好地完成對(duì)多路信號(hào)進(jìn)行處理，增強(qiáng)和增加了保護(hù)的功能，其應(yīng)用對(duì)于提高供電質(zhì)量、保證人身安全、完善電網(wǎng)保護(hù)都具有很重要的現(xiàn)實(shí)意義。本文設(shè)計(jì)了一個(gè)雙CPU 的保護(hù)控制系統(tǒng)，雙CPU 結(jié)構(gòu)就是采用16 位DSP(Digital SignalProcessing)芯片TMS320LF2407A 和增強(qiáng)型51 單片機(jī)STC89C58RD+進(jìn)行分工合作并行處理，前者作為從CPU 完成各種保護(hù)功能，后者作為主CPU 完成參數(shù)的整定、顯示、數(shù)據(jù)下放以及PROFIBUS 通訊擴(kuò)展。既能充分利用DSP 的高速數(shù)據(jù)處理性能，提高保護(hù)動(dòng)作特性； 同時(shí)，在不影響數(shù)據(jù)處理的情況下又?jǐn)U展了人機(jī)界面和總線通訊功能。 本文從理論上分析了礦井高壓電網(wǎng)中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)的主要故障的電氣特征，并有針對(duì)性地提出了零序電流方向型選擇性漏電保護(hù)、相敏短路保護(hù)和絕緣監(jiān)視保護(hù)，然后分析了采樣原理和算法，確定了同步交流采樣和全波傅立葉算法相結(jié)合的采樣計(jì)算方法。此外，針對(duì)系統(tǒng)可能遇到的各種干擾，在硬件、軟件兩方面進(jìn)行了抗干擾設(shè)計(jì)。最后通過(guò)試驗(yàn)數(shù)據(jù)驗(yàn)證了系統(tǒng)對(duì)線路故障具有可靠的動(dòng)作特性。 該保護(hù)控制系統(tǒng)性能穩(wěn)定、動(dòng)作可靠，簡(jiǎn)單的按鍵操作和醒目的液晶顯示給工作人員帶來(lái)了極大方便，實(shí)現(xiàn)了檢測(cè)、保護(hù)、控制和通訊的一體化。 本課題是圍繞著天津市科技攻關(guān)立項(xiàng)項(xiàng)目“礦用高壓隔爆開(kāi)關(guān)智能控制系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)”來(lái)進(jìn)行地研究。
標(biāo)簽： 開(kāi)關(guān) 保護(hù) 控制系統(tǒng)
上傳時(shí)間： 2013-06-11
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高速電機(jī)由于轉(zhuǎn)速高、體積小、功率密度高，在渦輪發(fā)電機(jī)、渦輪增壓器、高速加工中心、飛輪儲(chǔ)能、電動(dòng)工具、空氣壓縮機(jī)、分子泵等許多領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。永磁無(wú)刷直流電機(jī)由于效率高、氣隙大、轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，因此特別適合高速運(yùn)行。高速永磁無(wú)刷直流電機(jī)是目前國(guó)內(nèi)外研究的熱點(diǎn)，其主要問(wèn)題在于：（1）轉(zhuǎn)子機(jī)械強(qiáng)度和轉(zhuǎn)子動(dòng)力學(xué)；（2）轉(zhuǎn)子損耗和溫升。本文針對(duì)高速永磁無(wú)刷直流電機(jī)主要問(wèn)題之一的轉(zhuǎn)子渦流損耗進(jìn)行了深入分析。轉(zhuǎn)子渦流損耗是由定子電流的時(shí)間和空間諧波以及定子槽開(kāi)口引起的氣隙磁導(dǎo)變化所產(chǎn)生的。首先通過(guò)優(yōu)化定子結(jié)構(gòu)、槽開(kāi)口和氣隙長(zhǎng)度的大小來(lái)降低電流空間諧波和氣隙磁導(dǎo)變化所產(chǎn)生的轉(zhuǎn)子渦流損耗；通過(guò)合理地增加繞組電感以及采用銅屏蔽環(huán)的方法來(lái)減小電流時(shí)間諧波引起的轉(zhuǎn)子渦流損耗。其次對(duì)轉(zhuǎn)子充磁方式和轉(zhuǎn)子動(dòng)力學(xué)進(jìn)行了分析。最后制作了高速永磁無(wú)刷直流電機(jī)樣機(jī)和控制系統(tǒng)，進(jìn)行了空載和負(fù)載實(shí)驗(yàn)研究。論文主要工作包括： 一、采用解析計(jì)算和有限元仿真的方法研究了不同的定子結(jié)構(gòu)、槽開(kāi)口大小、以及氣隙長(zhǎng)度對(duì)高速永磁無(wú)刷直流電機(jī)轉(zhuǎn)子渦流損耗的影響。對(duì)于2極3槽集中繞組、2極6槽分布疊繞組和2極6槽集中繞組的三臺(tái)電機(jī)的定子結(jié)構(gòu)進(jìn)行了對(duì)比，利用傅里葉變換，得到了分布于定子槽開(kāi)口處的等效電流片的空間諧波分量，然后采用計(jì)及轉(zhuǎn)子集膚深度和渦流磁場(chǎng)影響的解析模型計(jì)算了轉(zhuǎn)子渦流損耗，通過(guò)有限元仿真對(duì)解析計(jì)算結(jié)果加以驗(yàn)證。結(jié)果表明：3槽集中繞組結(jié)構(gòu)的電機(jī)中含有2次、4次等偶數(shù)次空間諧波分量，該諧波分量在轉(zhuǎn)子中產(chǎn)生大量的渦流損耗。采用有限元仿真的方法研究了槽開(kāi)口和氣隙長(zhǎng)度對(duì)轉(zhuǎn)子渦流損耗的影響，在空載和負(fù)載狀態(tài)下的研究結(jié)果均表明：隨著槽開(kāi)口的增加或者氣隙長(zhǎng)度的減小，轉(zhuǎn)子損耗隨之增加。因此從減小高速永磁無(wú)刷電機(jī)轉(zhuǎn)子渦流損耗的角度考慮，2極6槽的定子結(jié)構(gòu)優(yōu)于2極3槽結(jié)構(gòu)。 二、高速永磁無(wú)刷直流電機(jī)額定運(yùn)行時(shí)的電流波形中含有大量的時(shí)間諧波分量，其中5次和7次時(shí)間諧波分量合成的電樞磁場(chǎng)以6倍轉(zhuǎn)子角速度相對(duì)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，11次和13次時(shí)間諧波分量合成的電樞磁場(chǎng)以12倍轉(zhuǎn)子角速度相對(duì)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，這些諧波分量與轉(zhuǎn)子異步，在轉(zhuǎn)子保護(hù)環(huán)、永磁體和轉(zhuǎn)軸中產(chǎn)生大量的渦流損耗，是轉(zhuǎn)子渦流損耗的主要部分。首先研究了永磁體分塊對(duì)轉(zhuǎn)子渦流損耗的影響，分析表明：永磁體的分塊數(shù)和透入深度有關(guān)，對(duì)于本文設(shè)計(jì)的高速永磁無(wú)刷直流電機(jī)，當(dāng)永磁體分塊數(shù)大于12時(shí)，永磁體分塊才能有效地減小永磁體中的渦流損耗；反之，永磁體分塊會(huì)使永磁體中的渦流損耗增加。為了提高轉(zhuǎn)子的機(jī)械強(qiáng)度，在永磁體表面通常包裹一層高強(qiáng)度的非磁性材料如鈦合金或者碳素纖維等。分析了不同電導(dǎo)率的包裹材料對(duì)轉(zhuǎn)子渦流損耗的影響。然后利用渦流磁場(chǎng)的屏蔽作用，在轉(zhuǎn)子保護(hù)環(huán)和永磁體之間增加一層電導(dǎo)率高的銅環(huán)。有限元分析表明：盡管銅環(huán)中會(huì)產(chǎn)生渦流損耗，但正是由于銅環(huán)良好的導(dǎo)電性，其產(chǎn)生的渦流磁場(chǎng)抵消了氣隙磁場(chǎng)的諧波分量，使永磁體、轉(zhuǎn)軸以及保護(hù)環(huán)中的損耗顯著下降，整體上降低了轉(zhuǎn)子渦流損耗。分析了不同的銅環(huán)厚度對(duì)轉(zhuǎn)子渦流損耗的影響，研究表明轉(zhuǎn)子各部分的渦流損耗隨著銅屏蔽環(huán)厚度的增加而減小，當(dāng)銅環(huán)的厚度達(dá)到6次時(shí)間諧波的透入深度時(shí)，轉(zhuǎn)子損耗減小到最小。 三、對(duì)于給定的電機(jī)尺寸，設(shè)計(jì)了兩臺(tái)電感值不同的高速永磁無(wú)刷直流電機(jī)，通過(guò)研究表明：電感越大，電流變化越平緩，電流的諧波分量越低，轉(zhuǎn)子渦流損耗越小，因此通過(guò)合理地增加繞組電感能有效的降低轉(zhuǎn)子渦流損耗。 四、研究了高速永磁無(wú)刷直流電機(jī)的電磁設(shè)計(jì)和轉(zhuǎn)子動(dòng)力學(xué)問(wèn)題。對(duì)比分析了平行充磁和徑向充磁對(duì)高速永磁無(wú)刷直流電機(jī)性能的影響，結(jié)果表明：平行充磁優(yōu)于徑向充磁。設(shè)計(jì)并制作了兩種不同結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)子：?jiǎn)味耸捷S承支撐結(jié)構(gòu)和兩端式軸承支撐結(jié)構(gòu)。對(duì)兩種結(jié)構(gòu)進(jìn)行了轉(zhuǎn)子動(dòng)力學(xué)分析，實(shí)驗(yàn)研究表明：由于轉(zhuǎn)子設(shè)計(jì)不合理，單端式軸承支撐結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速達(dá)到40，000rpm以上時(shí)，保護(hù)環(huán)和定子齒部發(fā)生了摩擦，破壞了轉(zhuǎn)子動(dòng)平衡，導(dǎo)致電機(jī)運(yùn)行失敗，而兩端式軸承支撐結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)子成功運(yùn)行到100，000rpm以上。 五、最后制作了平行充磁的高速永磁無(wú)刷直流電機(jī)樣機(jī)和控制系統(tǒng)，進(jìn)行了空載和負(fù)載實(shí)驗(yàn)研究。對(duì)比研究了PWM電流調(diào)制和銅屏蔽環(huán)對(duì)轉(zhuǎn)子損耗的影響，研究表明：銅屏蔽環(huán)能有效的降低轉(zhuǎn)子渦流損耗，使轉(zhuǎn)子損耗減小到不加銅屏蔽環(huán)時(shí)的1/2；斬波控制會(huì)引入高頻電流諧波分量，使得轉(zhuǎn)子渦流損耗增加。通過(guò)計(jì)算繞組反電勢(shì)系數(shù)的方法，得到了不同控制方式下帶銅屏蔽環(huán)和不帶銅屏蔽環(huán)轉(zhuǎn)子永磁體溫度。采用簡(jiǎn)化的暫態(tài)溫度場(chǎng)有限元模型分析了轉(zhuǎn)子溫升，有限元分析和實(shí)驗(yàn)計(jì)算結(jié)果基本吻合，驗(yàn)證了銅屏蔽環(huán)的有效性。
標(biāo)簽： 無(wú)刷直流 電機(jī)轉(zhuǎn)子 渦流損耗
上傳時(shí)間： 2013-05-18
上傳用戶(hù)：zl123!@#
隨著微電子和計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅速發(fā)展，傳統(tǒng)的金屬探測(cè)系統(tǒng)也正向著新的方向進(jìn)行快速更新和發(fā)展。金屬探測(cè)器最初主要應(yīng)用于工礦探測(cè)和軍用探雷，現(xiàn)在已經(jīng)廣泛應(yīng)用于旅行安檢以及食品、紡織、木材、玩具、藥品等生產(chǎn)加工行業(yè)的質(zhì)量安全檢測(cè)。在科學(xué)技術(shù)不斷進(jìn)步及金屬探測(cè)器在社會(huì)生活中的作用不斷凸現(xiàn)的時(shí)代背景下，怎樣提升和完善金屬探測(cè)儀器的性能，已經(jīng)成為本領(lǐng)域一個(gè)亟待解決的課題。 本課題的目的是設(shè)計(jì)一種雙頻率工作的數(shù)字式金屬探測(cè)系統(tǒng)，可以同時(shí)以較高的精度檢測(cè)到鐵磁性和非鐵磁性金屬，從工作模式上徹底改變普通金屬探測(cè)器檢測(cè)種類(lèi)單一和精度不高的現(xiàn)狀。該檢測(cè)系統(tǒng)采用多通道同步數(shù)字頻率合成(DDS)技術(shù)產(chǎn)生正弦信號(hào)源，通過(guò)電渦流傳感器檢測(cè)金屬異物。系統(tǒng)以TMS320LF2407為數(shù)據(jù)處理中心，利用自學(xué)習(xí)算法來(lái)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)參數(shù)的自動(dòng)調(diào)整，并設(shè)計(jì)了良好的人機(jī)對(duì)話界面，提高金屬探測(cè)器的可讀性和可操作性。 本文從金屬檢測(cè)的理論分析和雙頻金屬探測(cè)器的設(shè)計(jì)兩個(gè)方面做了具體闡述。理論分析部分從電磁場(chǎng)的角度論述了金屬物質(zhì)的幅度和相位特性，并得出了檢測(cè)頻率與不同金屬的檢測(cè)靈敏度存在相關(guān)性的結(jié)論。文中把系統(tǒng)設(shè)計(jì)分為三大部分：檢測(cè)系統(tǒng)的工作原理和總體構(gòu)造、系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)、系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)。第一部分主要闡述了整個(gè)系統(tǒng)的工作原理以及實(shí)現(xiàn)方案；硬件設(shè)計(jì)部分從檢測(cè)電路和控制電路兩個(gè)方面入手，詳細(xì)敘述了發(fā)射、接收、解調(diào)電路以及電渦流傳感器的設(shè)計(jì)過(guò)程，并著重介紹了DSP、單片機(jī)等主要芯片的接口電路設(shè)計(jì)，包括基于RS-485的SCI串口通信的硬件電路設(shè)計(jì)；軟件設(shè)計(jì)部分主要闡述了在CCS、u-Visin集成環(huán)境下DSP系統(tǒng)和人機(jī)對(duì)話系統(tǒng)的程序流程，并敘述了系統(tǒng)自學(xué)習(xí)方法的實(shí)現(xiàn)過(guò)程，最后著重分析了SCI串口通信的軟件實(shí)現(xiàn)方法。 文中最后整理了系統(tǒng)測(cè)試的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。通過(guò)實(shí)驗(yàn)分析可知，采用雙頻工作的金屬探測(cè)器對(duì)鐵磁性和非鐵磁性金屬都有較高的檢測(cè)精度。整個(gè)系統(tǒng)的可讀性與可操作性較好，易于擴(kuò)展升級(jí)、性?xún)r(jià)比高，具有良好的應(yīng)用前景。
上傳時(shí)間： 2013-04-24
上傳用戶(hù)：bruce
隨著當(dāng)今科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展，數(shù)字圖像處理技術(shù)正在各個(gè)行業(yè)得到廣泛的應(yīng)用，而FPGA技術(shù)的不斷成熟改變了通常采用并行計(jì)算機(jī)或數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)、專(zhuān)用集成電路(ASIC)等作為嵌入式處理器的慣例。可編程邏輯器件(FPGA)憑借其較低的開(kāi)發(fā)成本、較高的并行處理速度、較大的靈活性及其較短的開(kāi)發(fā)周期等特點(diǎn)，在圖像處理系統(tǒng)中有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。 本文提出了一種基于FPGA的圖像采集處理系統(tǒng)解決方案，并選用低成本高性能的Altera公司的CycloneIII系列FPGA EP3C40F324為核心，設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)了圖像采集處理的軟硬件綜合系統(tǒng)。文章闡述了如何在FPGA中嵌入NiosII軟核處理器并完成圖像采集處理系統(tǒng)功能的設(shè)計(jì)方案。硬件電路上，系統(tǒng)設(shè)計(jì)了三塊電路板：FPGA核心處理板、圖像采集卡、圖像顯示卡，其中通過(guò)I2C總線對(duì)采集卡的工作模式進(jìn)行配置，在采集模塊控制下，將采集到的圖像數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到SDRAM；根據(jù)VGA顯示原理及其時(shí)序關(guān)系，設(shè)計(jì)了VGA顯示輸出控制模塊，合成了VGA工作的控制信號(hào)，又根據(jù)VGA顯示器的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，合成VGA接口的水平和幀同步信號(hào)。邏輯硬件上，應(yīng)用SOPCBuilder工具生成了FPGA內(nèi)部的邏輯硬件功能模塊，定制了NiosII IP core、CMOS圖像采集模塊、VGA Controller及其I2C總線接口，系統(tǒng)各模塊間通過(guò)Avalon總線連接起來(lái)。軟件部分，在NiosII內(nèi)核處理器上實(shí)現(xiàn)了彩色圖像顏色空間轉(zhuǎn)換、二值化、形態(tài)學(xué)腐蝕處理及其目標(biāo)定位等算法。實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明了本文提出的方案及算法的正確性，可行性。
標(biāo)簽： FPGA 圖像采集 處理系統(tǒng)
上傳時(shí)間： 2013-08-05
上傳用戶(hù)：woshiyaosi
函數(shù)發(fā)生器又名任意波形發(fā)生器，是一種常用的信號(hào)源，廣泛應(yīng)用于通信、雷達(dá)、導(dǎo)航等現(xiàn)代電子技術(shù)領(lǐng)域。信號(hào)發(fā)生器的核心技術(shù)是頻率合成技術(shù)，主要方法有：直接模擬頻率合成、鎖相環(huán)頻率合成（PLL）、直接數(shù)字合成技術(shù)（DDS）。DDS是開(kāi)環(huán)系統(tǒng)，無(wú)反饋環(huán)節(jié)，輸出響應(yīng)速度快，頻率穩(wěn)定度高。因此直接數(shù)字頻率合成技術(shù)是目前頻率合成的主要技術(shù)之一，其輸出信號(hào)具有相對(duì)較大的帶寬、快速的相位捷變、極高的相位分辨率和相位連續(xù)等優(yōu)點(diǎn)。本文的主要工作是采用SOPC結(jié)合虛擬儀器技術(shù)，進(jìn)行DDS智能函數(shù)發(fā)生器的研制。 本文介紹了虛擬儀器技術(shù)的基本理論，簡(jiǎn)要闡述了儀器驅(qū)動(dòng)程序、VISA等相關(guān)技術(shù)。對(duì)SOPC技術(shù)進(jìn)行了深入的研究：SOPC技術(shù)是基于可編程邏輯器件的可重構(gòu)片上系統(tǒng)，它作為SOC和CPLD/FPGA相結(jié)合的一項(xiàng)綜合技術(shù)，結(jié)合了兩者的優(yōu)點(diǎn)，集成了硬核或軟核CPU、DSP、鎖相環(huán)、存儲(chǔ)器、I/O接口及可編程邏輯，可以靈活高效地解決SOC方案，而且設(shè)計(jì)周期短，設(shè)計(jì)成本低，非常適合本設(shè)計(jì)的應(yīng)用。本文還對(duì)基于DDS原理的設(shè)計(jì)方案進(jìn)行了分析，介紹了DDS的基本理論以及數(shù)學(xué)綜合，在研究DDS原理的基礎(chǔ)上，利用SOPC技術(shù)，在一片F(xiàn)PGA芯片上實(shí)現(xiàn)了整個(gè)函數(shù)發(fā)生器的硬件集成。 本文就函數(shù)發(fā)生器的設(shè)計(jì)制定了整體方案，對(duì)軟硬件設(shè)計(jì)原理及實(shí)現(xiàn)方法進(jìn)行了具體的介紹，包括整個(gè)系統(tǒng)的硬件電路，SOPC片上系統(tǒng)和PC端軟件的設(shè)計(jì)。在設(shè)計(jì)中，LabVIEW波形編輯軟件和函數(shù)發(fā)生器二者采用異步串口進(jìn)行通信。利用LabVIEW的強(qiáng)大功能，把波形的編輯，系統(tǒng)的設(shè)置放到計(jì)算機(jī)上完 成，具有人機(jī)界面友好、系統(tǒng)升級(jí)方便、節(jié)約硬件成本等諸多優(yōu)勢(shì)。同時(shí)充分利用了FPGA內(nèi)部大量的邏輯資源，將DDS模塊和微處理器模塊集成到一個(gè)單片F(xiàn)PGA上，改變了傳統(tǒng)的系統(tǒng)設(shè)計(jì)思路。通過(guò)對(duì)系統(tǒng)仿真和實(shí)際測(cè)試，結(jié)果表明該智能型函數(shù)發(fā)生器不僅能產(chǎn)生理想的輸出信號(hào)，還具有集成度高、穩(wěn)定性好和擴(kuò)展性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。關(guān)鍵詞：智能型函數(shù)發(fā)生器，虛擬儀器，可編程片上系統(tǒng)，直接數(shù)字合成技術(shù)，NiosⅡ處理器。
上傳時(shí)間： 2013-07-09
上傳用戶(hù)：zw380105939
直接轉(zhuǎn)矩控制技術(shù)是繼矢量控制技術(shù)之后交流調(diào)速領(lǐng)域中新興的控制技術(shù)，它采用空間矢量的分析方法，在定子坐標(biāo)系下計(jì)算并控制轉(zhuǎn)矩和磁鏈，以獲得轉(zhuǎn)矩的高動(dòng)態(tài)性能。比較于矢量控制，它省去了復(fù)雜的矢量變換，克服了對(duì)電機(jī)轉(zhuǎn)子參數(shù)的依賴(lài)性，具有轉(zhuǎn)矩響應(yīng)快的優(yōu)點(diǎn)。然而，異步電動(dòng)機(jī)的直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)存在轉(zhuǎn)矩、電流和磁鏈脈動(dòng)較大，開(kāi)關(guān)頻率不恒定的問(wèn)題。本文在傳統(tǒng)直接轉(zhuǎn)矩控制的基礎(chǔ)上，針對(duì)其存在的缺點(diǎn)提出了基于空間矢量脈寬調(diào)制的直接轉(zhuǎn)矩控制策略。 這種新型的直接轉(zhuǎn)矩控制策略使空間矢量脈寬調(diào)制技術(shù)和直接轉(zhuǎn)矩控制技術(shù)相結(jié)合。把電動(dòng)機(jī)和PWM逆變器看成一體，使電動(dòng)機(jī)獲得賦值恒定的近似理想的圓形磁場(chǎng)，解決其轉(zhuǎn)矩、電流、磁鏈脈動(dòng)大，開(kāi)關(guān)頻率不恒定的問(wèn)題。在論文撰寫(xiě)的過(guò)程中做了如下工作： 根據(jù)電機(jī)原理和坐標(biāo)變換理論，建立定子正交α—β兩相靜止坐標(biāo)系下的異步電動(dòng)機(jī)的數(shù)學(xué)模型，包括電機(jī)的磁鏈模型、轉(zhuǎn)矩模型和運(yùn)動(dòng)方程。 設(shè)計(jì)PI控制器，該控制器把轉(zhuǎn)矩和磁鏈誤差信號(hào)轉(zhuǎn)換成參考電壓，然后通過(guò)坐標(biāo)變換把參考電壓變換成SVPWM模塊所需的指令電壓，對(duì)SVPWM模塊進(jìn)行控制。 設(shè)計(jì)SVPWM控制模塊，其中設(shè)計(jì)了期望電壓空間矢量的合成方法，矢量區(qū)段的判斷，計(jì)算了開(kāi)關(guān)器件的導(dǎo)通時(shí)間和時(shí)刻。 通過(guò)理論分析和設(shè)計(jì)各個(gè)模塊，組成了控制系統(tǒng)逆變器部分的仿真模型。在MATLAB/SIMULINK仿真工具箱中搭建仿真模型，通過(guò)設(shè)置合理的仿真參數(shù)、電機(jī)參數(shù)、給定量參數(shù)以及PI控制器的控制參數(shù)對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行仿真研究，從而在理論上驗(yàn)證系統(tǒng)設(shè)計(jì)的正確性。 仿真實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明了這種基于空間矢量脈寬調(diào)制的直接轉(zhuǎn)矩控制方法可以有效改善直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)的性能。減小傳統(tǒng)直接轉(zhuǎn)矩控制中的磁鏈和轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)，并使逆變器工作在恒定的開(kāi)關(guān)頻率。最后總結(jié)論文所做的研究工作，并展望了今后的研究重點(diǎn)和方向。
標(biāo)簽： SVPWM 異步電動(dòng)機(jī) 直接轉(zhuǎn)矩
上傳時(shí)間： 2013-04-24
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