作者在論文中系統地研究了目前新穎的電機伺服控制系統——永磁同步電動機及其數字化伺服控制系統的關鍵技術。在理論分析的基礎上，探討了永磁電機的各種磁路結構對電機電抗及其它性能的影響，并分別討論了各種結構在不同應用場合的優缺點，最后選擇了表面凸出式磁路結構，建立了手算電磁設計程序，進行了多方案的優選；探討了引起電動機轉矩波動的原因和減小波動的措施，采用了一系列諸如分數槽、增大氣隙、斜槽、合適的繞組節距等措施，成功地減小了力矩波動，改善了伺服電動機低速運轉特性；在電磁設計手算的基礎上，首次采用優秀的數學工具軟件Mathcad2001進行了Windows平臺下的PMSM機輔設計程序的開發，增加了可視性，并大大簡化了程序的開發，提高了設計效率，快速方便準確地進行了電機的電磁計算；應用先進的AutoCAD 2000繪圖軟件設計和繪制了全套電機結構圖紙；參加了樣機的全部試驗項目，試驗結果達到了設計預定目標，全面滿足了伺服系統用電機的高效率、高功率因數、小振動、低噪音、低發熱、動態性能良好等苛刻要求。 在伺服控制系統部分里，作者探討了永磁同步電動機磁場定向矢量控制理論，探討了快速電流跟蹤方法的實現；在永磁同步電動機數學模型的基礎上，建立了基于DSP的永磁同步電動機磁場定向數字化伺服控制系統的方案，使用了最新推出的電機專用DSP芯片TMS320LF2407、功率驅動IR2130芯片、軸角／數字量轉換RDC-19222芯片及串行通信轉換MAX232芯片，在消化了這些芯片的大量手冊和開發工具的資料后，對整個系統進行了軟、硬件設計，包括編寫和調試了部分DSP程序，設計和焊接了部分硬件電路板。這些預研工作為設計伺服控制系統數字化專用控制器打下了基礎。
上傳時間： 2013-05-17
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電能計量的精度無論對于供電方還是對于用電方，都非常重要。傳統電能表的精度低，功能單一，不能滿足精度要求和非正弦電路的無功功率測量。隨著電力電子裝置等非線性負載的功率容量和功率密度的不斷增大，他們所產生的諧波已使電網遭受日益嚴重的污染。在這種情況下，有必要研發新技術新設備。同時，數字信號處理技術(DSP)正在迅速發展，21世紀將是數字信號處理理論與算法的大發展時期。 本項目采用ADI于2004年生產的BLACKFIN531 16位定點DSP芯片。針對目前市場上現行的電能表所存在的缺陷和局限性，研究并設計了一種基于DSP BF531芯片的高精度多功能電能表。采用了諸多最新的理論成果，電能計量精度達到0.2S級，諧波測量精度達到0.5%。在一定的定義下，無功測量方法不但適用于正弦電路，也適用于非正弦電路下的無功功率測量。全書共分七章： 第一章、簡述了電能計量裝置的發展和現狀，論證了本課題開發和研究的必要性和可行性，介紹了高精度多功能電能表的系統方案； 第二章、 討論了電測系統的測量原理，設計了電能表中的計量和分析算法； 第三章、 介紹了系統的硬件平臺和開發環境； 第四章、 詳細給出了系統的硬件設計； 第五章、 分析系統誤差及其校正； 第六章、 介紹系統的軟件設計； 第七章、 對整個系統進行實驗測試，給出測試結果，最后討論、總結。
上傳時間： 2013-06-21
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該文應用集成電路設計以及單片機控制的各種知識,根據電動機的工作特性對三相電動機智能保護器進行了比較深入的研究.利用功能強大的單片機技術,完成智能保護器的硬件電路設計,并編制完整的電動機保護程序,最終實現過壓、欠壓、過載等多種保護功能,彌補了傳統保護器的許多缺陷.這種產品由于功能完善且可靠性高,必定會給配電控制系統帶來好處,可以帶來巨大的社會效益,另一方面也能為產品的制造廠家帶來可觀的經濟效益.
上傳時間： 2013-06-03
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能量變換器是一種新型高壓發電機，采用高壓交聯聚乙烯(XLPE)電纜作為定子繞組，這種革新結構使其能夠輸出高電壓，從而可以直接并網。因此，對能量變換器的運行進行系統地研究是極為必要的。本文針對能量變換器小值振蕩和穩定性進行了深入地研究。 本文首先介紹了能量變換器的發展背景和國內外的研究現狀，詳盡分析了研究大型同步發電機和能量變換器穩定性的意義。 然后，本文對能量變換器靜態穩定運行進行了分析，建立了能量變換器靜態穩定運行時的數學模型，推導出了能量變換器靜態穩定功率特性和靜態穩定功率極限的表達式。并分析了勵磁調節對能量變換器靜態功率特性的影響，應用對比研究的方法，證明了能量變換器的靜態穩定儲備系數和靜態穩定功率極限都比傳統同步發電機高。 本文同時結合能量變換器樣機參數，系統分析了其穩態小值振蕩的物理過程，推導了能量變換器小值振蕩時的整步轉矩系數、阻尼轉矩系數和電流、轉矩、電磁功率各微變量的表達式，并通過仿真分析，歸納出了不計定子電阻和線路阻抗時能量變換器相應微變量的變化規律。此外，本文對考慮勵磁調節作用時小值振蕩各微變量的變化進行了仿真研究，給出了此狀態下相應微變量的變化規律。 最后，本文對能量變換器系統在線路發生單相短路、相間短路和兩相接地短路故障時的物理過程進行了分析，繪制了能量變換器正常運行和故障運行時的電氣圖與等值電路，結合等值電路推導了能量變換器相應故障狀態下的功率表達式，并通過仿真分析與對比研究，給出了能量變換器系統在線路發生單相短路、相間短路和兩相接地短路故障時的極限切除時間，得到了能量變換器的動態穩定極限。 本文所得結論對能量變換器合理可靠的設計及運行提供了依據，具有一定的理論意義和實用價值。
上傳時間： 2013-04-24
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超聲波電機(Ultrasonic Motor,簡稱USM)是近二十年來發展起來的一種新型驅動裝置,該電機不同于傳統的電磁感應電機,它是利用壓電陶瓷的逆壓電效應激發超聲振動,借助彈性體諧振放大,通過摩擦耦合產生旋轉運動或直線運動.這種電機的具有響應快、結構緊湊、低轉速、大力矩、不受電磁干擾、斷電自鎖等優點,在微型機械、機器人、精密儀器、家用電器、航空航天、汽車等方面有著廣泛的應用前景.隨著超聲波電機的推廣應用和產業化發展的需要,對超聲波電機的驅動和控制技術的研究就非常必要了,小型化、通用化、高性能的驅動電源和簡單而又實用的控制技術已成為國內外研究的熱點.該文對于單一的定位控制,研究一種簡單且控制精度高的控制算法,結合所研制的縱扭復合型超聲波電機樣機,實現了高精度(0.010度)的定位控制,另對基于高性能DSP的驅動電源進行了初步的探討和研究,研制了通用性較高的驅動電源.該文開展的主要研究工作和取得的成果如下:1.簡要地介紹了超聲波電機的原理、發展歷史和特點,重點分析了超聲波電機驅動電源和定位控制的研究進展和存在的問題,從而引出該碩士論文的研究意義和主要內容.2.從理論和實驗上揭示這種電機具有的高分辨率和步進特性實質,提出了利用此特性實現高精度的定位控制策略——步進定位法,并分析了影響其定位精度的因素,結合所研制的縱扭復合型超聲波電機樣機,實現了高精度(0.010度)的定位控制,并確定了相關控制參數的選擇準則.3.簡要介紹了常用開關變換器結構,設計了以MOSFET為開關器件的半橋式逆變功率電路.介紹了高性能DSP(TMS320LF2407)為核心的控制信號發生電路和以UC3842為控制芯片的可調壓直流電源,結合控制電路和功率變換電路獲得了驅動超聲波電機所需兩項幅值、頻率、相位可調的交變方波,具有較高的通用性,為進一步開展運用較復雜控制策略的超聲波電機位置和速度伺服控制研究打下一定基礎.
上傳時間： 2013-04-24
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數字控制技術在開關電源中的應用正變得越來越廣泛，開關電源的數字控制器包含三個主要的功能模塊：模數轉換器、數字補償器和數字脈寬調制器。本論文總結和比較了當今國際上高頻開關電源數字控制器各個模塊的先進技術和發展方向。 數字電源要在高頻開關電源應用領域中實用化、市場化，在技術上仍然存在許多的難關需要攻克。其中模數轉換器和數字脈寬調制器的分辨率問題給系統帶來了極限環振蕩的隱患，采樣時滯現象增加了實現電源的電壓調節快速動態響應特性的難度，同時數字補償器必須在一個開關周期內完成若干次乘法和加法運算以便及時更新占空比信息，從而對數字控制器的運算速度提出了非常高的要求。本文集中研究和討論解決這些技術難點的途徑，利用matlab中的SISOTOOL塊，通過直接數字設計提出了2P2Z的數字補償算法。按照高頻開關電源的設計步驟，本文對主要元器件進行了參數的計算以及選型，并利用matlab中的SIMULINK模塊對電路的穩態瞬態性能進行仿真研究。 為了對理論分析和仿真研究進行驗證，本文設計實現了一款基于DSPic30F2020高性能數字信號處理器并采用2P2Z控制算法的高頻全橋拓撲大功率通信一次電源整流模塊。實驗結果表明，該數字電源方案穩定可靠，性能參數優異，能夠滿足應用的需要。
上傳時間： 2013-04-24
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該論文在研究永磁同步電動機運行原理的基礎上詳細討論了其變頻調速的理論并且設計了一套基于DSP的永磁同步電動機磁場定向矢量控制系統.永磁同步電動機相對感應電動機來說具有體積小、效率高以及功率密度大等優點,因此自從上個世紀80年代,隨著永磁材料性能價格比的不斷提高,以及電力電子器件的進一步發展,永磁同步電動機的研究也進入了一個新的階段.永磁同步電動機既區別于感應電動機又與電勵磁同步電動機相比有自身的特點,因此該論文首先從永磁同步電動機的本身出發,討論了其穩態運行原理,分析了永磁同步電動機的轉矩特性、功率特性及效率.矢量控制理論的發明是交流調速領域中的一個重大突破,該論文詳細討論了永磁同步電動機的矢量控制,在推導其精確數學模型的基礎上分析了矢量控制理論用于永磁同步電動機控制的幾種電路控制策略,包括了i<,d>=0控制、cosψ=1控制,以及最大轉矩/電流控制方式,并且開發出基于DSP的全數字永磁同步電動機的矢量控制系統,給出了其軟、硬件的設計方案.弱磁控制是永磁同步電動機矢量控制又一方面,論文分析了永磁同步電動機弱磁調速的原理以及弱磁擴速困難的原因,并由此提出了兩種特殊轉子結構的新弱磁方案.直接轉矩控制是繼矢量控制后交流調速領域的又一個高性能控制方法,論文最后討論了直接轉矩控制理論在永磁同步電動機控制上的運用,并使MATLAB工具對永磁同步電動機的直接轉矩控制系統進行了仿真研究,仿真結果表明,直接轉矩控制具有動態性能好,靜差小以及魯棒性好的特點.
上傳時間： 2013-07-06
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直流電動機具有運動效率高和調速性能好等諸多優點,但傳統的直流電動機均采用電刷,以機械方法進行換向,因而存在致命弱點,再加上制造成本高及維修困難等缺點,從而限制了它的應用范圍.近年來隨著永磁材料、現代電力電子技術、計算機技術和現代控制理論的迅猛發展而成熟起來的永磁無刷直流電動機(Brushless Direct Current Motor-BIDCM)具有體積小、重量輕、效率高、噪音低且可靠性高的特點,因而得到了廣泛的應用.該文研究的對象是由兩套三相無刷直流電動機組成的六相無刷直流電動機,每套繞組三相對稱,兩套繞組對應相之間相差30°電角度.重點研究六相無刷直流電機的轉矩特性和系統的可靠性.在分析無刷直流電動機電磁轉矩產生原理的基礎上,闡述了三相無刷直流電動機轉矩脈動的原因,在此基礎上提出六相無刷直流電動機.分析結果表明,六相無刷直流電動機的轉矩特性優于三相無刷直流電機,并且系統的可靠性也較高.該文對無刷直流電動機的工作原理進行了詳盡的分析,建立了三相和六相無刷直流電動機的數學模型.并利用MATLAB/SIMULINK軟件建立了三相和六相無刷直流電動機的系統仿真模型.該系統仿真模型采用雙閉環控制,內環為電流環(采用滯環調節),外環為速度環(采用PI調節).對所得的仿真結果進行分析,表明與理論分析相吻合,證明了六相無刷直流電動機仿真模型的正確性.對兩套繞組可能出現的故障進行仿真分析,結果表明六相無刷直流電動機具有較強的容錯能力.由此得出結論,該文提出的六相無刷直流電動機方案是可行的.由于繞組在電機的結構中占有相當重要的位置,該文利用槽號相位表,設計了三相和六相無刷直流電動機的繞組.對槽號的分配,線圈的連接作了詳細地說明.該文還對三相和六相無刷直流電動機定子繞組的磁勢進行了諧波分析,分析結果表明了六相無刷直流電動機定子繞組的磁勢高次諧波含量要少于三相無刷直流電動機.
上傳時間： 2013-07-13
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隨著電力電子器件、永磁材料、微機、新型控制理論和電機理論的發展，無刷直流電機的技術優勢逐漸凸顯，近年來在各種驅動、伺服和控制領域得到了迅速的推廣應用。大功率無刷直流電機在國外已經成功應用于對系統效率、可靠性要求較高的場合，在國內，近年來也引起了廣泛興趣。本課題對大功率無刷直流電機進行預研，以兩臺無刷直流電機樣機為研究對象進行分析和電磁設計研究。首先計及電樞繞組電感，從分析換相過程入手，建立了三相星型六狀態工作模式下，電壓源型無刷直流電機的數學模型，并基于此模型，通過仿真和實驗，對該種無刷直流電機的電磁轉矩系數、反電勢系數、機械特性和電樞等效電阻等進行了深入研究，分析表明電樞繞組電感對上述各系數和特性存在較大影響，因此在大功率無刷直流電機設計和分析中，電樞繞組電感必須予以考慮。其次，本文對等效磁路法、電磁場有限元法和等效磁網絡法以及它們在無刷直流電機電磁設計中的應用進行了比較研究，提出了采用有限元法計算漏磁系數、計算極弧系數、電樞計算長度和氣隙系數，然后把它們應用到等效磁路法中進行空載特性計算，而采用電磁場有限元法分析負載特性的場路結合法。以此為基礎，編制了無刷直流電機電磁設計軟件，并將其應用于兩臺樣機的設計，通過與電磁場有限元法計算結果和實驗數據進行對比，驗證了該方法的準確性。最后對兩臺樣機的電樞反應及其影響進行了仿真和實驗研究，分析發現q軸電樞反應是影響切向磁化結構的無刷直流電機性能的主要因素，設計中需采取措施抑制q軸電樞反應的影響。
上傳時間： 2013-04-24
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傳統的直流電機一直在電機驅動系統中占據主導地位，但由于其本身固有的機械換向器和電刷導致電機容量有限、噪音大和可靠性不高，因而迫使人們探索低噪音、高效率并且大容量的驅動電機。隨著電力電子技術和微控制技術的迅猛發展而成熟起來的直流無刷電機具有體積小、重量輕、效率高、噪音低、容量大且可靠性高的特點，從而使其極有希望代替傳統的直流電機成為電機驅動系統的主流。 模糊控制器具有魯棒性好、抗干擾能力強的優點。論文提出了基于轉速環模糊邏輯控制理論的直流無刷電機的控制系統設計方案，保證了伺服控制系統具有優良的靜動態特性，因而滿足更多應用場合的需要。 論文具體包括以下幾個部分工作： 首先，從電機本體和控制角度出發，闡述了直流無刷電機在實際應用中需要解決的關鍵性問題：電磁轉矩脈動。詳細分析了電磁轉矩脈動產生的各種原因，特別是分析了相電流換向所產生的紋波轉矩脈動。 其次，本文對無刷直流電動機的工作原理進行了詳盡的分析，建立了三相無刷直流電動機的數學模型。并利用MATLAB/SIMULINK軟件建立了三相無刷直流電動機的控制系統仿真模型。仿真模型采樣的是電機控制系統中常用的雙環系統(轉速—電流雙閉環控制)。為了提高系統的靜動態特性，轉速外環采用模糊PI調節器，電流內環采用PI調節器。轉子位置通過直流無刷電機感應電勢檢測，仿真結果表明了該仿真模型控制系統與理論分析完全吻合，從而證明了模型的有效性。 然后，初步設計了伺服系統的實驗圖。以TI公司生產的TMS320LF2407數字信號處理器(DSP)作為整個控制電路的核心芯片，一臺40w的直流無刷電機作為被控對象，完成了伺服系統的轉速控制。 最后，對未來的工作給予了展望，并對全文的內容進行了總結。
上傳時間： 2013-04-24
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