超聲波電機(Ultrasonic Motor簡稱USM)是八十年代發展起來的新型微電機。本文針對超聲波電機及其控制技術的研究現狀和發展趨勢,以我國研究技術相對比較成熟并有產業化前景的行波超聲波電機(Traveling-wave Ultrasonic Motor簡稱TUSM)的伺服控制技術為研究對象,以直徑60mm的行波超聲波電機TUSM60為研究實例,在特性測試、動穩態性能分析,辨識模型建立、控制策略與控制算法的選擇與實現等方面展開研究。本論具體的研究內容為： 在分析超聲波電機研究歷史和現狀的基礎上,結合國內外超聲波電機特別是行波超聲波電機控制技術的發展趨勢,重點論述了行波超聲波電機及其驅動控制技術的研究進展。 介紹行波超聲波電機的基本結構,并從該電機的主要理論基礎--壓電原理、行波合成、接觸模型出發,分析了行波超聲波電機定子質點的運動方程.并結合定轉子摩擦接觸特點,分析了行波超聲波電機的運行機理。 根據對行波超聲波電機測試和高精度控制的要求,研制出基于雙DSP和FPGA的超聲波電機高性能測試控制平臺。其中控制核心采用了雙DSP結構,可以在對行波超聲波電機進行控制的同時,將必要的參數讀取出來進行分析和研究。為行波超聲波電機瞬態特性分析以及控制策略、控制算法的深入研究打下了基礎。 對電機的瞬態、穩態特性進行的測試,可以分析驅動頻率、電壓以及相位差等調節量對電機輸出的影響。在此基礎上進一步對行波超聲波電機的調節方式、控制算法選擇方面進行分析,并得到相應結論。 通過對實驗數據的總結和歸納,利用系統辨識中的非參數方法,建立在特定頻率條件下的近似線性模型。在行波超聲波電機工作范圍內,辨識若干組不同頻率條件下的近似線性模型,將這些模型的參數進行二維或三維擬合,可以得到一個關于行波超聲波電機傳遞函數的模型。辨識模型的建立為合理的選擇和優化控制參數,控制效果的驗證等提供了行之有效的手段。 在對行波超聲波電機的速度控制、位置控制展開的研究中.首先利用遺傳算法對常規PI恒轉速控制的控制參數整定及修正方法進行了研究；利用神經元的在線自學習能力,研究和設計單神經元PID-PI轉速控制器,提高控制系統對電機非線性和時變性的適應能力；為了消除在伺服控制中,單一調節量(驅動頻率)情況下,低轉速的跳躍問題,研究和討論了多調節量分段控制方法,并利用模糊控制對控制方法的有效性進行了驗證；在位置控制中,利用轉速控制研究的結果,研究和設計了位置--速度雙環(串級)控制器,實現了電機高精度位置伺服控制。 通過對已有控制系統的改進和簡化,設計和研制了具有實用化價值行波超聲波電機控制器：并將研究成果應用于針對核磁成像設備而設計的行波超聲波電機隨動控制系統中,同時嘗試了將該控制器用于高精度X-Y兩維定位平臺。
上傳時間： 2013-07-13
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電動機在工農業生產中被廣泛應用，但是其高故障率對工農業生產造成巨大的經濟損失。因此，在分析傳統電動機保護裝置不盡完善的基礎上，研制功能完善、可靠性高的電動機保護裝置已經成為必要。 本文在查閱了大量文獻資料的基礎上，介紹了微機保護的發展歷史、技術特點和發展方向，結合實際科研課題，在理論聯系實際的基礎上，設計并實現了硬件以TMS320F206處理器為核心，軟件以傅氏算法為核心的新型電動機微機保護測控系統。 文中首先運用對稱分量法對電動機的三相短路、兩相短路、單相接地短路和斷相等常見對稱和不對稱故障進行了分析，在結合電動機微機保護原理的基礎上，提出了可靠性高、實用性強的電動機微機保護方案。然后根據微機保護系統的快速、準確的發展趨勢和DSP數字信號處理芯片的特點，設計并實現了一種DSPTMS320F206+單片機8051雙CPU結構的電動機微機保護測控裝置。DSP作為主CPU芯片主要完成數據采集、數據處理和保護等功能，8051作為從CPU主要完成鍵盤處理、液晶顯示處理和通訊等人機對話功能。此雙CPU結構具有并行工作、分工合作的優點，既保證了繼電保護的速動性、選擇性、靈敏性和可靠性，又實現了實時測量的高精度。文中對此裝置硬件系統的設計進行了詳細的分析，并結合對微機保護數據處理算法和電動機微機保護原理的研究，設計了保護裝置的軟件系統，二者都采用了模塊化的結構設計方法，可移植性強。 通過對設計成的保護裝置樣機進行調試和分析，初步驗證了系統硬件部分和軟件部分設計的正確性；通過靜態模擬實驗，初步驗證了保護裝置的可靠性。
上傳時間： 2013-05-29
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裝備多個電機的分布式驅動電動車，由于其特殊的布置形式而在提高汽車操縱穩定性方面具有令人矚目的潛力。本課題針對雙電機分布式驅動電動車中速度位置傳感器信號的處理，以及實施車體穩定性控制的上位機與電機控制器間信息交換開展了研究。 雙電機分布式驅動電動車中使用了旋轉變壓器作為電機轉子(車輪)速度位置傳感器。本文采用旋轉變壓器/數字轉換器(RDC)芯片AD2S90實現旋變信號的解調，此方案成功應用在分布式驅動電動車永磁同步電機控制系統中；同時提出了使用TMS320F2812，運用過采樣、數字濾波技術直接解調旋變信號的軟件方案，此方案的優點在于省去了RDC芯片的成本，同時可以方便的改變算法參數，在系統硬件、軟件算法時間耗費和濾波特性之間做出靈活的選擇。 采用CAN總線通訊技術實現上位機與兩電機控制器間的轉矩和速度信息交換。課題進行了車體CAN通訊軟硬件設計。基于CAN總線的分布式驅動電動車運行穩定，電機轉矩響應迅速。CAN通訊滿足了車體穩定性控制的實時性和可靠性要求，同時具有極佳的擴展能力。
上傳時間： 2013-07-07
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隨著電力電子裝置越加廣泛的投入使用,電能得到了更加充分的應用,但是伴隨而來的是越來越多的非線性、沖擊性負載的投入使用,電網中諧波污染日益嚴重,在針對此類諧波抑制和無功補償裝置的研究中,電力有源濾波器APF得到了廣泛應用. 與傳統無源濾波器比較,有源電力濾波器具有動態響應特性好,濾波特性不受系統阻抗的影響等優勢.而APF所采用的諧波電流檢測方法,直接決定了諧波的檢測精度和跟蹤速度,是決定諧波補償特性的關鍵.本論文重點研究了諧波電流檢測方法. 在眾多有源濾波器的諧波及無功電流檢測算法中,基于三相瞬時無功功率理論的應用最為廣泛.應用此理論的i<,p>-i<,q>島檢測方法計算簡單,具有較好實時性,適合電流快速檢測的優點；但同時也存在很多局限性. 本文首先通過分析、比較總結出各類APF的優缺點和適用性,系統地研究了有源電力濾波器的兩個關鍵技術:諧波電流檢測和PWM信號發生器的控制策略；在此基礎上,針對在負載電流有較大突變時補償電路會產生較大畸變影響補償效果的問題,以及三相電壓畸變時i<,p>-i<,q>檢測法存在的誤差等問題,從基于DSP控制的三相四線制并聯型有源電力濾波器的結構出發進行優化設計,提出了一種改進的i<,p>-i<,q>檢測法,在該檢測法中增加了平衡.APF直流側電容總電壓和上下電容電壓的閉環控制,以消除負載電流突變時產生的畸變；并采用一種新穎的基于低通濾波的A相正序電壓提取單元來代替原始的i<,p>-i<,q>檢測法的PLL鎖相環,在三相電壓畸變情況下仍可以正確提取A相正序電壓,以精確檢測出諧波和無功電流. 最后通過MATLAB6.5對系統進行了仿真驗證,仿真結果表明該算法能有效保證檢測效果的實時性和精確性,證明了該算法的可行性.
上傳時間： 2013-04-24
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隨著電力電子技術的飛速發展,越來越多的電力電子裝置被廣泛應用到各個領域,其中相當一部分負荷具有非線性或具有時變特性,使電網中暫態沖擊、無功功率、高次諧波及三相不平衡問題日趨嚴重,給電網的供電質量造成嚴重的污染和損耗.因此,對電力系統進行諧波抑制和無功補償,提高電網供電質量變得十分重要.電力有源濾波器(Active Power Filter,簡稱APF)與無源濾波器相比,APF具有高度可控制和快速響應特性,并且能跟蹤補償各次諧波、自動產生所需變化的無功功率和諧波功率,其特性不受系統影響,無諧波放大威脅.并聯型電力有源濾波器(Shunt Active Power Filter,簡稱SAPF)更是得到了廣泛的應用. 近年來,自適應算法中的遞推最小二乘法(簡稱RLS)應用越來越廣泛,該算法簡單,收斂速度快.應用基于RLS自適應算法的濾波器(簡稱RLS濾波器),可以快速有效的濾除雜波,同時自動調整濾波器參數,不斷改進濾波性能,最終得到所需的信號. 本文研究了基于平均功率和RLS自適應算法的并聯型有源濾波器.它的參考電流是一個同電網相電壓同相位的三相平衡的有功電流,它包含兩個分量:一個是由實測的三相負載瞬時功率計算得到的,基于平均功率算法的電網應該為負載各相提供的有功電流瞬時參考值；另一個是為了維持有源濾波器中逆變器的直流母線電壓基本恒定,主要通過RLS濾波器計算得出的電網各相應該提供的有功電流瞬時參考值.兩個分量的計算共同構成了該有源濾波器參考電流的計算.補償電流指令值與實際補償電流比較生成控制逆變橋工作的PWM脈沖,生成補償電流,達到補償負載無功和抑制諧波的目的. 應用RLS濾波器得到維持直流母線電壓恒定的直流側有功系數A<,dc>,克服了傳統PI控制中參數難以得到且由于參數過于敏感而導致補償后電流紋波太大的問題.使得當穩態時SAPF自身的功率損耗和暫態負載變化時因為直流側電容提供電網和負載之間的有功功率差而引起的電壓的波動迅速反饋到指令電流的計算中.RLS算法收斂快,SAPF實時性大大提高.基于該方法的SAPF結構簡單,無需鎖相器. 根據本文的算法應用MATAB建立了仿真系統,仿真結果表明基于該算法的SAPF的可行性和實時性.
上傳時間： 2013-04-24
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矢量控制作為一種先進的控制策略，是在電機統一理論、機電能量轉換和坐標變換理論的基礎上發展起來的，具有先進性、新穎性和實用性的特點。它是以交流電動機的雙軸理論為依據，將定子電流矢量分解為按轉子磁場定向的兩個直流分量：一個分量與轉子磁鏈矢量重合，稱為勵磁電流分量；另一個分量與轉子磁鏈矢量垂直，稱為轉矩電流分量。通過控制定子電流矢量在旋轉坐標系的位置及大小，即可控制勵磁電流分量和轉矩電流分量的大小，實現像直流電動機那樣對磁場和轉矩的解耦控制。本文研究的是以TMS320LF2407ADSP和FPGA為控制核心的矢量控制變頻調速系統。 分析了脈寬調制和矢量控制的原理與實現方法，從而建立了異步電動機的數學模型。對于矢量控制，分析了矢量控制的基本原理和控制算法，推導了三相坐標系、兩相靜止與旋轉坐標系下的電機基本方程和矢量控制基本公式。同時在進行相應的坐標變換以后，得到了間接磁場定向型變頻調速系統的矢量控制圖，并結合TMS320LF2407ADSP完成了具體的實現方法，根據矢量控制的基本原理，設計了一種基于DSP和FPGA的SVPWM冗余系統。 在硬件方面，以TMS320LF2407ADSP和EP1C12Q240FPGA為控制器，兩者之間通過雙口RAMIDT7130完成數據的交換，并能在一方失控時另一方立即產生SVPWM波形。同時完成無線遙控、速度給定、數據顯示以及電流、速度檢測和保護等功能，也對變頻調速系統的主電路、電源電路、FPGA配置電路、無線遙控電路、LCD顯示電路、保護電路、電流和轉速檢測電路作了簡單的介紹。在軟件方面，給出了基于DSP的矢量控制系統軟件流程圖，并用C語言進行了編程。用硬件描述語言Verilog對FPGA進行了編程，并給出了相關的仿真波形。MATLAB仿真結果表明，本文研究的調速系統的矢量控制算法是成功的，并實現了對電機的高性能控制。
上傳時間： 2013-07-09
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變電站自動化系統在我國應用發展十多年來，為保障電網安全經濟運行發揮了重要作用。但目前也多少存在著二次接線復雜，自動化功能獨立、堆砌，缺少集成應用和協同操作，數據缺乏有效利用等問題。這些問題大多是由變電站整體數字化水平不高、缺乏能夠完備實現信息標準化和設備之間互操作的變電站通信標準造成的。 電力工業發展和市場化改革的深入對供電質量和電網安全經濟運行的要求不斷提高，作為輸配電系統的信息源和執行終端，變電站數字化、信息化的要求越發迫切，數字化變電站成為變電站自動化系統的發展方向。電子式電流/電壓互感器、智能開關等智能化一次設備的誕生使建設數字化變電站成為可能，高速、可靠和開放的通信網絡以及完備的通信系統標準是數字化變電站實現的保障，特別是最新頒布的變電站通信網絡與系統的國際標準-IEC 61850為建設數字化變電站提供了全面規范。本文以IEC 61850和基于IEC 61850的數字化變電站通信網絡為研究對象，結合新架構的全網絡化數字保護平臺與試驗系統研制的具體實踐，展開專門研究，主要內容包括： ◇ IEC 61850的理論分析①揭示了IEC 61850與數字化變電站的內在關聯。 ②總結了IEC 61850的內涵，通過分析說明IEC 61850不再是簡單的通信協議，更多意味的是變電站自動化系統的功能建模方法。 ③歸納了IEC 61850的主要技術特征，包括功能分層的變電站、面向對象的信息模型、功能與通信的解耦、變電站配置語言和面向對象的數據自描述等。 ④從“類”的角度入手分析了IEC 61850信息模型，指出信息模型具備了類的共性和特性。以合并單元為例，對信息模型的屬性和服務進行了具體分析。 ◇ IEC 61850的應用研究①從系統和設備兩個層面總結了實踐IEC 61850的一般步驟。 ②分析了采樣值傳輸(SVC)和通用變電站事件(GSE)2類重要的通信服務。 ③研究了核心ACSI、GOOSE、SMV、GSE管理、GSSE，時間及時間同步等通信模型的特殊通信服務映射。 ④討論了信息模型實體的構建方法，即如何讓設備的實際功能、運行機制和數據能夠準確和完備的實現設備對應信息模型的所有細節。IEC 61850沒有對實現標準的具體方法作出規定，這給各廠商在技術實現上留出了足夠的自由發揮空間。但同時我們注意到若僅在“形態”層面上實踐IEC 61850，而不顧及IEC 61850的內涵和應用價值，則可能無法實現IEC 61850的預定目標或使IEC 61850的有益效果大打折扣。出于如此考慮，在提出3種可能的構建方案的基礎上，經過分析從中選擇出作者認為最優的方案，并給出了示例。 ◇基于IEC 61850的數字化變電站通信網絡(CNDS)的研究①在分析以太網介質訪問控制方法的基礎上，針對標準以太網存在延時不確定的問題，總結了提高以太網實時性能的主要措施，并從中選擇出適用于CNDS的措施。 ②分析了CNDS的特征，特別是與同樣基于以太網的一般局域網的區別，針對CNDS在網絡可靠性和安全性等方面的特殊要求，提出了應對措施和解決方案。 ③提出了過程子網和全站惟一網絡2種組網方案。通過分析各自的特點與實現難度，指出過程子網目前較易實現，而全站惟一網絡將憑借信息高度共享等優勢成為CNDS的最終形態。闡述了VLAN、由交換機實現網絡冗余等組網技術在SAS中的應用方法及IED自身通信冗余的實現方法。 ④歸納了CNDS數據流的類型和到達時間規律：建立了簡單數據流模型為表征數據流、研究數據流業務特征和分析CNDS性能提供了有用工具；分析了TcP協議及其運行機制，提出了TcP應用于CNDS的優化方法。 ⑤利用OPNET網絡仿真技術，建立了EMAC和TCP/IP仿真節點模型，對以太網、TCP和交換式以太網的基本特征等進行了仿真研究；依據CNDS實際承載的功能，建立了過程子網和站級網絡的動態仿真模型，圍繞網絡延時和端到端延時等網絡性能指標，對不同組網方式和應用功能下的網絡性能進行了考察，得出了具有普遍適用性的結論和建議，為分析解決此類問題提供了通用方法。 ◇可接入CNDS的全網絡化數字保護平臺與試驗系統的設計與實現①闡述了一種新架構的、能夠無縫接入CNDS并具有多種運行方式的全網絡化數字保護平臺與試驗系統的軟硬設計和實現方法。提出了適用于數字保護的RTOS多任務劃分方法。 ②以饋線保護測控裝置為例，建立了平臺的IEC 61850信息模型。以此為基礎，在平臺內部實現了利用SMV和GOOSE報文傳輸采樣值和開入/開出信息，即實現了遵循IEC 61850的過程層通信，為平臺接入IEC 61850系統和數字化變電站做好了準備。 ③進行了保護測量功能和過程層通信試驗，驗證了平臺的可用性和過程層通信的可靠性，為類似設計方法在間隔層IED上的應用提供了可信依據。
上傳時間： 2013-05-28
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電動車是指以車載電源為動力，用電機驅動車輪行駛，符合道路交通、安全法規各項要求的車輛，電動車無內燃機汽車工作時產生的廢氣，不產生排氣污染，對環境保護和空氣的潔凈是十分有益的，幾乎是“零污染”。電動汽車的研究表明，其能源效率已超過汽油機汽車。特別是在景區運行，汽車走走停停，行駛速度不高，電動汽車更加適宜。電機驅動及控制系統是電動汽車的核心，本文主要設計的是電動游覽車用異步電動機的驅動控制系統。 本文設計了以IGBT作為開關元器件的主電路結構，通過多次改進結構，并設計采用了具有硬件互鎖功能的驅動電路，進一步提高了主電路的可靠性。以TI公司生產的TMS320LF2407A芯片為系統控制核心，設計了控制電路以及保護電路；編寫了以矢量控制作為核心算法、空間電壓矢量控制作為PWM控制方式的控制程序。通過研究單神經元矢量控制的原理，進行了仿真，驗證了單神經元矢量控制具有更好的快速性、魯棒性和自適應性。 通過大量的實驗和實際現場裝車調試證明，本文設計的異步電動機控制系統可靠性高，動態性能良好，控制簡單，適合在蓄電池供電的逆變器應用場合(電動車)。
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?；疑刂破魇窃诶^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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在早期階段，直流調速系統在傳動領域中占統治地位。然而，從60年代后期開始，交流電動機在工業應用領域正在取代直流電動機，交流傳動變得越來越經濟和受歡迎。永磁交流伺服系統作為電氣傳動領域的重要組成部分，在工業、農業、航空航天等領域發揮越來越重大的作用。永磁同步電動機以其特點廣泛應用于中小功率傳動場合，成為研究的重要領域。然而，永磁同步電動機具有較大的轉動脈動，而對于這些應用場合，轉矩平滑通常是基本要求。因此，對永磁交流伺服系統的應用，必須考慮其轉矩脈動的抑制問題。本文針對電機傳動系統中參數變化對電機性能的影響，以永磁同步電機為例，圍繞如何通過參數辨識來提高永磁同步電動機的控制性能，借助自行開發的全數字永磁交流伺服系統平臺，對永磁同步電動機的磁場定向控制，參數辨識，神經網絡和擴展卡爾曼濾波在控制系統中的應用，抑制轉矩脈動，提高系統性能幾個方面展開深入的研究。 本文從永磁同步電動機及其控制系統的基本結構出發，對通過參數辨識抑制轉矩脈動進行了較為細致的分析。針對不同情況，通過改進電機的控制系統，提出了多種參數辨識方法。主要內容如下： 1、基于定子磁鏈方程，建立了永磁同步電動機的一般數學模型。經坐標變換，得出在靜止兩相（α—β）坐標系和旋轉兩相（d—q）坐標系下永磁同步電動機電壓方程和轉矩方程。 2、分析了永磁同步電動機id=0矢量控制系統的工作原理，介紹了永磁同步電動基于磁場定向的矢量控制的基本概念。經對永磁同步電動機系統進行分析，推導并建立了id=0控制時整個電機系統的數學模型。 3、基于超穩定性理論的模型參考自適應控制原理，設計了一種模型參考自適應控制系統，考慮電機參數的時變性，對永磁交流伺服系統的繞組電阻和電機負載轉矩辨識進行了研究，以保持系統的動態性能。利用Matlab/Simulink建立仿真模型，對控制性能進行了驗證，仿真實驗證明這種方法的可行性。 4、人工神經網絡具有很強的學習性能，經過訓練的多層神經網絡能以任意精度逼近非線性函數，因此為非線性系統辨識提供了一個強有力的工具。本章針對永磁同步電機提出了一種以電機輸出轉速為目標函數的神經網絡控制方案，同時應用人工神經網絡理論建立和設計了負載轉矩擾動辨識的算法以及相應的控制系統的補償方法，并應用MATLAB軟件進行了計算機仿真，仿真證明和傳統的控制方法相比，以電機輸出轉速為指導值和目標函數的神經網絡控制方案能有效地提高神經網絡的收斂速度，能有效地改善控制系統的動態響應，具有跟蹤性能好和魯棒性較強等優點。 5、電機的參數會隨著溫升和磁路飽和發生變化，需進行在線實時辨識。本文利用電機的定子電流、電壓和轉速，采用遞推最小二乘法進行在線參數辨識，該方法不需要觀測的磁鏈信號，消除了磁鏈觀測和參數辨識的耦合。電機狀態方程由于存在狀態變量的乘積項，對電機參數辨識以后，仍然是非線性方程，為了對電機狀態方程進行狀態估計，得到電機的參數辨識值，本文采用擴展卡爾曼濾波進行狀態估計，對以上方法的仿真實驗得到了滿意的結果。 6、本文基于數字電機控制專用DSP自行開發了全數字永磁交流伺服系統平臺，通過軟件實現擴展卡爾曼濾波對電阻和磁鏈的估計，以及基于磁場定向的空間矢量控制算法，獲得了令人滿意的實驗結果，證明擴展卡爾曼濾波算法對電阻和磁鏈的實時估計是很準確的，由此構成的永磁交流伺服系統具有良好的靜、動態性能。
上傳時間： 2013-07-28
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