超聲波電機(Ultrasonic Motor)是近二十年來發(fā)展起來的一種新原理電機,其原理不同于傳統(tǒng)的電磁型電機,它是利用壓電陶瓷的逆壓電效應激發(fā)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.其顯著特點是低轉速、大力矩、可用于直接驅動、結構簡單、電磁兼容性好并具有斷電自鎖等功能,在某些特殊領域內已取得了一席之地.超聲波電機形式多樣,其中縱扭復合型超聲波電機的輸出力矩最高能達到行波型超聲波電機的十幾倍,且控制性能更好,因此縱扭復合型超聲波電機的研究可以便超聲波電機的應用得到進一步的拓展.前幾年,輸出力矩大于1Nm的超聲波電機研究主要集中在日本幾家研究機構,國內對于大力矩高精度電機的研究幾乎是空白.近幾年,國內紛紛對具有大力矩輸出特性的縱扭復合型超聲波電機展開了研究,浙江大學、南京航天航空大學、清華大學等.該文以具有大力矩輸出的縱扭復合型超聲波電機作為研究對象,對其摩擦驅動模型、振動模態(tài)、摩擦材料的選擇、電機結構設計及優(yōu)化和測控系統(tǒng)等進行了系統(tǒng)全面的研究,并在此基礎上研制了兩套樣機,每套樣機的最大力矩在10Nm以上,且定位精度達到0.025度,形成了大力矩高精度縱扭復合型超聲波電機的理論和實驗基礎.
上傳時間： 2013-05-21
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該文主要研究超聲波電機的傳動機理、數學模型、結構設計、驅動系統(tǒng)和精密伺服系統(tǒng)的理論和實踐,為超聲波電機的進一步研究和產業(yè)化奠定基礎.該文主要內容和研究成果如下:系統(tǒng)地總結了國內外超聲波電機的研究歷史、發(fā)展現狀和主要應用,研究了超聲波電機的運行機理.研制了超聲波電機專用、高抗干擾能力,高可靠性、兩相正交、正弦超聲波驅動電源,分別探討了使用串聯電感和并聯電感實施負載阻抗匹配時,電機性能所受到的影響.研制了利用電機定子上壓電陶瓷的孤極反饋來進行頻率調整的新型頻率跟蹤控制器,實現了超聲波電機速度的穩(wěn)定性控制. 實現了超聲波電機高精度位置檢測,研制了基于DSP的超聲波電機精密伺服控制系統(tǒng),完成了采用驅動頻率/相位的P、PI和自適應控制方案進行精密定位控制的理論探討和實驗研究,井進行了模糊控制的理論探討.在理論研究的基礎上,成功地研制了環(huán)形超聲波電機及其精密定位控制系統(tǒng).單元電機最大轉矩1N. m,控制精度2.16′.
上傳時間： 2013-07-15
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由于低場磁共振自由感應（FID-Free Induction Decay）信號十分微弱,信噪比低,所以信號放大電路的設計、調試具有一定的困難.該文首先對低場磁共振電路系統(tǒng)的各個功能模塊進行了分析,并估算了低場磁共振的信號幅值,然后重點對天線接口和前置放大兩個電路模塊進行了分析研究.天線接口電路是射頻發(fā)射電路、信號接收電路與磁體天線的接口電路.針對接收信號弱、信噪比低的情況,天線接口電路不但要實現天線的三個狀態(tài)（發(fā)射、泄放、接收）間的切換,而且要對信號進行無源放大.該文在完成了天線接口電路功能分析后,建立了簡化模型,然后對其參數進行分析計算,得出了滿足最大放大倍數和期望帶寬時的調試指導參數,還據此設計了校驗信號發(fā)生電路.前置放大電路主要完成磁共振FID信號的有源放大.該文在進行了方案討論后,給出了具體的前置放大電路,并對其工作狀態(tài)進行了靜態(tài)工作點計算和動態(tài)仿真分析,計算了增益系數,分析了帶寬,并作了噪聲分析.該文還參照高頻電路的設計特點,分析了低場磁共振信號放大電路的噪聲干擾的來源、種類;討論了器件選擇、電路布板等方面的注意事項;給出了減小噪聲干擾的一些具體措施.
上傳時間： 2013-06-01
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由于目前尚未有文獻對以上三類控制器進行詳細的研究比較,因此該文利用MATLAB中Simulink的模塊函數建立了以上三類滯環(huán)電流控制器的仿真模型,對以上三類控制器進行詳細的仿真研究,探討其各方面性能的優(yōu)劣. 通過對基于空間矢量調制的三相滯環(huán)電流控制器(SVMHCC)的仿真研究表明,當其外滯環(huán)寬度太小時,三相電流容易產生畸變,三相總開關次數反而較小;當其外滯環(huán)寬度太大時,三相電流能夠得到有效控制,但是最大電流誤差和三相總開關次數增加,因此選擇外滯環(huán)寬度時需要綜合考慮控制器的控制性能、最大電流誤差和三相總開關次數等因素.但是由于需要考慮的因素大多而且它們相互制約,因此如何選擇合適的外滯環(huán)寬度就成為SVMHCC中難以解決的問題. 在仿真研究的基礎上,該文提出了改進方案.仿真和實驗結果均表明,改進的滯環(huán)電流控制器綜合了以上幾種控制器的優(yōu)點,具有三相總開關次數低、開關頻率變化規(guī)則、三相控制對稱和能有效控制三相最大電流誤差等優(yōu)點.
上傳時間： 2013-06-07
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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(tǒng).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(yōu)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(fā)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(qū)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(fā),討論了其穩(wěn)態(tài)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(fā)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(fā)出基于DSP的全數字永磁同步電動機的矢量控制系統(tǒng),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(tǒng)進行了仿真研究,仿真結果表明,直接轉矩控制具有動態(tài)性能好,靜差小以及魯棒性好的特點.
標簽： 永磁同步電動機 變頻調速系統(tǒng)
上傳時間： 2013-07-06
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變速恒頻風力發(fā)電技術因其高效性和實用性正受到越來越多的關注，有著良好的發(fā)展前景。本文致力于研究變速恒頻風力發(fā)電技術，從分析其運行機理入手，比較了定槳距、變槳距和變速恒頻風力發(fā)電的區(qū)別，選定雙饋式變速恒頻方案：它在低風速階段主要進行變槳距調節(jié)追求最大風能捕獲，高風速時通過控制雙饋電機轉子側的電流，達到定子輸出恒頻和有功、無功的獨立調節(jié)。變槳距風力機作為風能轉換為機械能的設備，是風力發(fā)電系統(tǒng)的重要組成部分，它與風電場風能資源的匹配問題直接影響到了風力發(fā)電系統(tǒng)的運行特性。本文以風能理論為基礎，探討了風力機組設備的選型問題，建立起風速和風力機系統(tǒng)的數學模型。雙饋異步電機是變速恒頻風力發(fā)電系統(tǒng)的核心。本文分析了其基本運行特點，指出雙饋發(fā)電機具有普通交流電機無法比擬的優(yōu)點；研究了穩(wěn)態(tài)電路和功率平衡關系，并詳細推導出M-T-0坐標系下的5階狀態(tài)方程，建立起定子磁鏈定向矢量控制系統(tǒng)，實現了定子有功和無功的解耦控制，使電機控制簡單化。變頻器是雙饋電機實現變速恒頻運行的關鍵，本文選定了六脈波交-交變頻器作為勵磁電源。通過對其主電路結構、余弦交截法和觸發(fā)脈沖產生原理等的進一步分析，建立起六脈波交-交變頻器的數學模型，并處理了與變頻器與發(fā)電機的接口問題。最后，利用Matlab6.5/Simulink5.0仿真軟件，建立了系統(tǒng)各組成部分的仿真模型，并進行了仿真實驗研究。仿真結果表明，所建模型是正確的，變速恒頻風力發(fā)電系統(tǒng)具有良好的運行特性。
標簽： 變速恒頻 仿真研究 風力發(fā)電系統(tǒng)
上傳時間： 2013-07-14
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開關磁阻電機（SR電機）驅動系統(tǒng)（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(tǒng)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(tǒng)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(tǒng)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(tǒng)的運動方程出發(fā)，導出了從激振力到振動加速度的傳遞函數和系統(tǒng)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(tǒng)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(tǒng)低階固有頻率的結論。通過比較實驗樣機的模態(tài)分析結果和運行實驗結果，證實了模態(tài)分析的有效性。仿真是計算SRD系統(tǒng)性能和預估電機振動的有效手段。本文在用MATLAB建立SRD系統(tǒng)的非線性動態(tài)仿真模型的基礎上，對SRD系統(tǒng)進行了穩(wěn)態(tài)性能仿真、動態(tài)性能仿真以及負載突變仿真。接著利用穩(wěn)態(tài)性能仿真，綜合考慮最大平均轉矩和效率這兩個優(yōu)化目標，對SR電機的開關角進行了優(yōu)化。最后結合由磁場有限元計算得到的徑向力數據表和穩(wěn)態(tài)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(tài)振形被激發(fā)出來的情況，利用數值優(yōu)化法對三步換相法的時間參數進行了優(yōu)化，使得減振效果整體最佳，所提的數值優(yōu)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(huán)的方法、開始重疊區(qū)域的轉矩控制方法、最佳開關角度二次優(yōu)化法和時間參數優(yōu)化的三步換相法等新的控制方案。動態(tài)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(tài)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(tǒng)”（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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本文的研究工作主要是圍繞著變速恒頻雙饋風力發(fā)電機交流勵磁電源研究展開的.根據變速恒頻雙饋風力發(fā)電系統(tǒng)對交流勵磁電源的要求,本文首先對目前適合用作交流勵磁電源的六種變換器進行了詳細深入地比較分析,認為在目前的電力電子技術條件下,兩電平電壓型雙PWM變換器是可用作變速恒頻雙饋風力發(fā)電機交流勵磁電源的最具優(yōu)勢的一種變換器,而多電平與軟開關技術的結合將是交流勵磁電源的發(fā)展方向.對網側PWM變換器的無電網電壓傳感器控制技術進行了研究,提出了一種基于虛擬電網磁鏈定向的無電網電壓傳感器的矢量控制方案,解決了初始虛擬電網磁鏈準確觀測的難點,使網側PWM變換器不用對電網電壓進行采樣即可實現矢量控制,省去了電網電壓傳感器及其處理電路但并不影響其控制性能,仿真和實驗結果驗證了所提出方案的良好控制性能.在轉子側PWM變換器的研究中,在電網電壓恒定的情況下對DFIG矢量形式的數學模型進行簡化,進行了基于定子磁鏈定向和基于定子電壓定向的轉子電流環(huán)控制器的設計研究.深入分析了DFIG風力發(fā)電系統(tǒng)最大風能追蹤的機理和實現的方案,設計了基于定子電壓定向矢量控制、實現最大風能追蹤、有功和無功功率解耦的DFIG的控制方案.最后,將變速恒頻雙饋風力發(fā)電運行研究拓展到了電網故障條件下的運行控制.建立了計及電網電壓故障的變速恒頻雙饋風力發(fā)電系統(tǒng)完整仿真模型,為系統(tǒng)不間斷運行的研究、改進控制策略的驗證和其它探索性研究提供了一個很好的平臺.
上傳時間： 2013-06-17
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智能型充電器電源和顯示的設計 隨著越來越多的手持式電器的出現，對高性能、小尺寸、重量輕的電池充電器的需求也越來越大。電池技術的持續(xù)進步也要求更復雜的充電算法以實現快速、安全的充電。因此需要對充電過程進行更精確的監(jiān)控，以縮短充電時間、達到最大的電池容量，并防止電池損壞。AVR 已經在競爭中領先了一步，被證明是下一代充電器的完美控制芯片。Atmel AVR 微處理器是當前市場上能夠以單片方式提供Flash、EEPROM 和10 位ADC的最高效的8 位RISC 微處理器。由于程序存儲器為Flash，因此可以不用象MASK ROM一樣，有幾個軟件版本就庫存幾種型號。Flash 可以在發(fā)貨之前再進行編程，或是在PCB貼裝之后再通過ISP 進行編程，從而允許在最后一分鐘進行軟件更新。EEPROM 可用于保存標定系數和電池特性參數，如保存充電記錄以提高實際使用的電池容量。10位A/D 轉換器可以提供足夠的測量精度，使得充好后的容量更接近其最大容量。而其他方案為了達到此目的，可能需要外部的ADC，不但占用PCB 空間，也提高了系統(tǒng)成本。AVR 是目前唯一的針對像 “C”這樣的高級語言而設計的8 位微處理器。C 代碼似的設計很容易進行調整以適合當前和未來的電池，而本次智能型充電器顯示程序的編寫則就是用C語言寫的。
上傳時間： 2013-05-18
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步進電動機是工業(yè)控制中常用的一種電機，其最大的優(yōu)點是可以進行開環(huán)控制，無需位置和速度傳感器，并且具有很高的精度，因而在辦公設備和數控系統(tǒng)中獲得了廣泛的應用。混合式步進電機綜合了反應式和永磁式步進電機的優(yōu)點，具有很高的效率和運行精度，性能優(yōu)異，是本文的研究對象。然而，采用傳統(tǒng)控制方法進行開環(huán)控制的步進電機，運行噪聲大、易振動，嚴重時將導致失步。 實踐證明，細分控制可以有效的減小步進電機運行中的振動和噪聲，增加電機運行的平穩(wěn)性。由于混合式步進電機的運行原理類似于同步電機，因而可以借鑒同步電機先進的控制方法來控制混合式步進電機。本文將同步電機常用的矢量控制應用到混合式步進電機控制中，實現了混合式步進電動機步距角的任意細分控制，取得了良好的效果。 文章分析了三相混合式步進電動機的工作原理，在忽略一些非線性因素的前提下，建立了三相混合式步進電機理想的數學模型，并根據數學模型提出了相應的控制方案。 以數字信號處理器TMS320LF2403A為核心，設計了三相混合式步進電機驅動器的硬件和軟件。數字PI調節(jié)器和空間矢量PWM技術是本控制系統(tǒng)的核心，文中詳細介紹了PI調節(jié)器和空間矢量PWM的原理及數字化實現。 最后介紹了系統(tǒng)的實驗裝置。實驗結果證實了控制方案的可行性，也表明了本課題設計的控制器具有優(yōu)良的性能。
上傳時間： 2013-08-05
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