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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針對空間電壓欠量脈寬調制過程中存在的問題，采用理論推演與軟件設計方法，在介紹了s V P w M 的基本原理的基礎上，利用T I 公司的 D S P電機控制芯片 T M S 3 2 0 L F 2 4 0 7設計了S V P W M的實現方法，并給出 j - 變頻調速系統的全數字化實現。 通過對永磁同步電機進行控制仿真實驗，得到的結果表明此方法是切實可行V , J ，控制系統具有優良的動靜態性能，較高的控制效果，有廣泛的應用前景。
上傳時間： 2013-04-24
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基于TMS320F2812高精度跟蹤伺服控制系統設計
上傳時間： 2013-08-03
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盤式永磁電機因其較高的轉矩密度和良好的動態響應特性，在各種驅動、伺服和控制領域得到了迅速的推廣和應用。本文針對盤式永磁同步電動機的設計展開研究，所做工作主要包括以下幾個部分： 首先，從電機的主要尺寸方程入手將盤式永磁電機和徑向永磁電機的轉矩密度進行了比較，得到了兩種電機轉矩密度的變化關系。推導了六相盤式永磁同步電動機的電樞反應電抗、槽漏抗等的計算公式，同時也給出了這些參數相應的有限元計算方法，兩種計算結果基本一致。并且在對多極少齒結構電機的漏磁系數進行研究的基礎上，總結了該類電機的漏磁系數的計算方法。 其次，采用了針對六相電機的22極24槽結構，使得電機的主要尺寸減小，電機定子沖槽、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永磁體的形狀進行優化，可使得永磁電機氣隙磁密波形畸變率減小，進而降低的轉矩波動。定量分析了不同定子槽口寬度對空載反電動勢波形和齒槽轉矩的影響規律。 通過對盤式永磁電機的磁場分布特點的研究，編寫了分環法盤式永磁電機電磁設計程序。通過對樣機設計值與實驗值比較，不斷對盤式永磁電動機的電磁程序進行完善和修正，目前已經形成了一個比較實用可靠的CAD軟件。 對盤式永磁電機轉子盤體進行剛度計算，并且也對電機的定子進行了固有頻率的計算，保證了電機的可靠運行。 最后，在上述研究的基礎上，本文設計制造了一臺5kW的雙定子單轉子結構的盤式永磁同步電動機樣機并做了詳細的實驗，實驗結果與理論分析基本一致。
上傳時間： 2013-07-29
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近年來，隨著永磁材料的發展，永磁同步電機應用日益廣泛。永磁同步電機根據反電動勢和電流波形的不同，可分為梯形波永磁同步電機(無刷直流電機)和正弦波永磁同步電機(永磁同步電機)。正弦波永磁同步電機為實現其正弦波驅動控制需要連續的轉子位置信號，通常采用機械位置傳感器(旋轉變壓器、光電編碼器等)，機械位置傳感器雖可以提供高精度的轉子位置信息，但其體積大，價格高，增加了轉子的慣量，且性能易受環境因素的影響，限制了永磁同步電機的應用場合。近年來受到廣泛的關注的無位置傳感器技術，是通過檢測反電動勢(電壓)或電流等過零點獲取轉子的位置信號，此技術雖取消了機械位置傳感器，但存在控制復雜，位置檢測精度不高，運行轉速范圍受到限制等問題。為解決上述問題，本文研究采用低成本的低分辨率位置傳感器取代機械位置傳感器，通過位置估算法得到高分辨率的轉子位置信號，以實現永磁同步電機的正弦波驅動控制問題。 首先，本文分析了傳統的采用位置區間的平均速度和采用平均速度并引用平均加速度實現位置估算法的原理，針對其不足提出了一種改進的方法，該法通過對位置區間初始速度的估算，可以顯著提高速度、位置的估算精度。本文建立上述三種位置估算法的Matlab仿真模型，并對其進行了仿真研究，仿真結果表明：改進位置估算方法即使在加減速等動態性能過程中也能保持較小的位置誤差，性能明顯優于傳統的方法。 其次，完成了以TI公司的數子信號處理器(DSP)TMS320LF2407A為主控芯片，以IR公司IR2110為驅動芯片采用低分辨率位置傳感器的正弦波永磁同步電機控制系統的硬件電路的設計和調試工作。探討了正弦波永磁同步電機在采用無電流傳感器的電流開環控制時的控制策略問題。在此情況下電壓相位角φ對電機運行性能有重要的影響，為得到最佳的φ=f(ω)曲線，需根據負載特性進行優化。 最后，完成了基于TMS320LF2407A采用低分辨率位置傳感器的正弦波永磁同步電機的軟件設計，文中詳細討論了位置估算程序和實現SVPWM程序的設計和調試，并對其進行了實驗驗證。
上傳時間： 2013-07-23
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電動摩托車具有零排放、低噪聲等優點，是真正的綠色環保輕型交通工具，它以方便j快捷等特點被越來越多的人們所接受，成為大中城市公共交通的理想補充。而無刷直流電動機以其控制簡單、可靠性高、輸出轉矩大等優點，被大量地用作電動摩托車驅動電機。本文主要研究基于AVR單片機的電動摩托車控制技術。 首先，分析了電動摩托車的發展趨勢，以及無刷直流電動機能在電動摩托車驅動領域得到廣泛應用的原因，并探討了電動摩托車無刷直流驅動電機的控制方法。 其次，在分析無刷直流電動機工作原理的基礎上，構造了無刷直流電動機的數學模型，確立了通過PWM調節改變電樞電壓的大小來調節轉速的控制策略。 第三，采用ATMEL公司的ATmega88單片機為控制核心，設計了包括電流檢測與保護、位置信號檢測、功率開關管驅動、電源轉換和電壓采樣與欠壓保護等一系列硬件電路，充分利用了ATmega88單片機成本低、功能豐富、運算能力強等優點，簡化了控制電路，提高了控制系統的可靠性，降低了控制成本。 第四，采用C語言編寫了控制程序，完善了控制功能，實現了軟、硬件控制方法的結合。使用ICC-AVR集成開發環境和SL-ISP在線編程，降低了開發成本；采用模塊化設計方法設計控制程序，提高了程序的可維護性。完成的功能模塊主要包括啟動與換相模塊、電動機轉速調節模塊、過電流與堵轉保護模塊、欠電壓保護模塊和定速巡航模塊等。 最后，對開發的控制系統進行了調試，并對實驗結果進行了分析。結果表明，控制系統運行可靠、實時性好，證明ATmega88單片機適合用作電動摩托車驅動電機的控制芯片。
上傳時間： 2013-05-20
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礦井高壓電網多以6KV 供電為主，高壓防爆開關成為了井下供電系統的最為關鍵的設備之一。近年來，由于煤礦開采中因電氣保護失控而引發事故的增長，國家對井下供電系統的可靠性、安全性的要求越來越高，因而采用現代化新技術對礦井下高壓控制設備進行技術改造和創新被提到了一個重要的高度。隨著微機技術的應用與發展，以單片機為核心的高壓開關智能綜合保護技術，能夠較好地完成對多路信號進行處理，增強和增加了保護的功能，其應用對于提高供電質量、保證人身安全、完善電網保護都具有很重要的現實意義。本文設計了一個雙CPU 的保護控制系統，雙CPU 結構就是采用16 位DSP(Digital SignalProcessing)芯片TMS320LF2407A 和增強型51 單片機STC89C58RD+進行分工合作并行處理，前者作為從CPU 完成各種保護功能，后者作為主CPU 完成參數的整定、顯示、數據下放以及PROFIBUS 通訊擴展。既能充分利用DSP 的高速數據處理性能，提高保護動作特性； 同時，在不影響數據處理的情況下又擴展了人機界面和總線通訊功能。 本文從理論上分析了礦井高壓電網中性點不接地系統的主要故障的電氣特征，并有針對性地提出了零序電流方向型選擇性漏電保護、相敏短路保護和絕緣監視保護，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合的采樣計算方法。此外，針對系統可能遇到的各種干擾，在硬件、軟件兩方面進行了抗干擾設計。最后通過試驗數據驗證了系統對線路故障具有可靠的動作特性。 該保護控制系統性能穩定、動作可靠，簡單的按鍵操作和醒目的液晶顯示給工作人員帶來了極大方便，實現了檢測、保護、控制和通訊的一體化。 本課題是圍繞著天津市科技攻關立項項目“礦用高壓隔爆開關智能控制系統的開發”來進行地研究。
上傳時間： 2013-06-11
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現代交流調速系統中，永磁同步電機(PMSM)由于其良好的性能，正得到越來越廣泛地應用。永磁同步電機的控制策略有很多，不同的控制策略各有千秋。有的滿足了高性能要求，但成本卻很高；有的滿足了硬件低成本要求，但軟件算法非常復雜、或者性能不理想，等等。因此，針對實際的應用場合，開發出性能價格比優越的控制器系統是非常有價值的。 本課題就是基于此思想，兼顧硬件成本和軟件可行性，運用低成本策略、較優的軟件算法設計出雙閉環控制器系統，在低成本傳感器條件下實現了永磁同步電機正弦波驅動控制。 本文根據永磁同步電機磁場定向下的空間矢量數學模型，對其控制所需的位置、速度和電流參數展開分析。提出了基于離散位置信號進行位置預估的原理，并分析了復雜工況下位置信號的矯正問題。利用BLDC方式與SVPWM方式的轉換，解決了肩動過程中永磁同步電機脈動和失步問題。分析了基于英飛凌XC164CM單片機系統直流側電阻采樣計算相電流原理。設計了基于英飛凌XC164CM單片機的控制系統，外圍功率驅動電路以及過電流保護等電路。編制了基于離散位置信號的永磁同步電機電壓空間矢量(SVPWM)控制策略的C語言程序，完成了軟件和系統的調試。 最后，進行了一系列的實驗論證，并取得了理想的效果。
上傳時間： 2013-04-24
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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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光伏陣列是光伏系統的重要組成部分，它決定了光伏系統的發電量，同時也是光伏系統成本的主要部分。因此合理配置光伏陣列，提高光伏陣列的利用效率一直是光伏系統設計的研究重點，也是降低光伏系統發電成本的重要措施。本文采用了可變電子負載現場測試方法，設計并研制出基于Philips公司的LPC2214的光伏陣列測試儀樣機。本文主要工作及創新在于： 1.在基于LPC2214測試控制部分的硬件電路設計中，為電壓和電流的采樣各設置了四路不同量程的采樣通道。采樣時系統自動選擇最合適的量程，提高電壓和電流大范圍測量時的精度； 2.通過對系統進行一次預采樣來確定光伏陣列的開路電壓和短路電流。預采樣的方法只需要使可變電子負載完成一次由阻值為零到阻值為無窮大的操作； 3.對測試得到的數據首先將電壓值進行從小到大的升序重組，其對應的電流值采用lagrange中值法對進行數字濾波處理，從而消除由于偶然出現的脈沖性干擾所引起的采樣值偏差； 4.對輔助電源、測試控制電路和液晶顯示進行了一體化的設計，使光伏陣列特性的測量和顯示可以在本測試儀上一次完成； 5.本測試儀樣機可以利用光伏陣列的數學模型以及測量的實時數據對光伏陣列的特性曲線進行預估和分析。 通過對光伏陣列進行實際測量，得到的實驗結果表明：該樣機測試系統運行穩定、攜帶方便、測量精度較高、一次完整的測試只需14ms左右，測試速度快，并且測量得到的伏安特性可以在液晶上直接以曲線的形式顯示，使測得的陣列特性更為直觀，能滿足工程應用的需要。
上傳時間： 2013-04-24
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