横向磁通电机是近些年来出现的一种新型结构的电机，由于其转矩密度和功率密度大的优点受到了广泛的关注，但我国对该种电机的研究尚处于起步阶段。 本课题是国家863计划项目——“新型稀土永磁电机设计与集成技术(课题编号：2002AA324020)”中有关横向磁通永磁同步电动机的部分。本课题的目标就是要充分发挥横向磁通电机功率密度和转矩密度大的优点，克服其功率因数低的缺点，对横向磁通永磁同步电动机的磁场进行计算、分析，找出功率因数偏低的原因，并提出相应的改进方法和建议。在此基础上进行样机的研制，对理论成果进行验证，并力争样机在性能和工艺指标上有所突破，部分指标达到国际领先水平。 本文介绍了横向磁通永磁电机的特点及运行原理，并按照不同的分类方式介绍了横向磁通电机的各种结构。三维磁场的有限元计算十分复杂、计算量大，因此传统电机均采用简化的二维磁场进行计算。但是横向磁通电机由于结构特殊，无法采用简化的二维磁场的计算方法进行分析。因此本文利用ANSYS软件建立了样机模型，对样机进行了三维电磁场分析。在电磁场计算的基础上，进行了电机空载反电势，空载漏磁系数，电磁转矩等相关参数的计算，讨论了横向磁通永磁同步电动机的结构变化对参数的影响。本文特别针对横向磁通永磁电机功率因数较低这一问题进行了分析，找出了功率因数偏低的原因，提出了相应的改善方法和建议，对横向磁通电机的理论研究和设计应用分析方法进行了探讨。本文利用电磁场计算的结果，完成了电机运行特性仿真，克服了采用传统磁路等效的方法带来的误差。最后，通过与样机测试结果的对照研究，验证和完善分析方法，并为进一步获得性能更加优异的样机奠定了基础。
上传时间： 2013-04-24
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盘式永磁同步电动机属于轴向磁场电机，目前，该类电机在国外已经得到了迅速发展，作为一种现代高性能伺服电机和大力矩直接驱动电机己广泛应用于机器人等机电一体化产品中。由于该类电机具有重量轻、体积小、结构紧凑、转子无损耗、转子的转动惯量小、机电时间常数小、转矩/重量比大、低速运行平稳、可以制成多气隙组合式结构进一步提高转矩等特点，其在数控机床、机器人、电动车、电梯、家用电器等场合具有广阔的应用前景，是一种理想的驱动装置。 本课题作为国家863计划项目《新型稀土永磁电机设计及集成技术》2002AA324020中的一部分，该项目的主要工作是进行新型结构钕铁硼永磁电机——盘式无铁心永磁同步电动机的设计与集成技术研究，开发出一种新型钕铁硼永磁电机，解决相应的整机设计和集成技术问题。本文中提出的基于Halbach阵列的盘式无铁心永磁同步电动机是在盘式永磁同步电动机的基础上，将无铁心结构和Halbach型永磁体阵列应用到其中，从而使得电机的质量大为减轻，功率密度提高，振动噪声降低，效率提高。 基于Halbach阵列的盘式无铁心永磁同步电动机其磁路结构和电磁负荷分布与传统电机完全不同，常规电机的某些设计规则不能直接应用到该结构电机的设计当中，本文主要针对这种结构的电机进行了分析与计算。分析了不同结构Halbach阵列下的气隙磁场，以及相关参数的计算，给出了初步的样机设计数据，并对样机的加工工艺进行了探讨，在总结、借鉴相关电机设计方法的基础上，针对盘式无铁心永磁同步电动机自身的特点，编制了一套电磁计算程序，该程序还有待通过大量样机的试验，来总结和完善。 我国稀土资源丰富，然而，由于技术经济上的问题，国产永磁交流伺服电动机至今未能大量应用。与此同时，高性能的永磁交流伺服电动机及系统大量依靠进口，我国每年进口的工程装备当中，仅数控机床因国产电机和系统不能满足要求而每年需要进口的就达22亿美元以上。本项目的完成将改变这类产品主要依靠进口的局面，充分发挥我国稀土资源丰富的优势，其经济效益和社会效益是十分巨大的。
上传时间： 2013-04-24
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在交流伺服系统中,永磁同步电动机(PMSM)作为执行元件具有高效、节能、便于维修的特点,广泛应用于数控机床的进给伺服单元及机器人等需精确定位的装置中.由于PMSM驱动系统受电机参数变化、外部负载扰动、对象未建模和非线性动态特性等不确定性的影响,因此,采用并发展先进的控制技术,不断改善与提高位置伺服系统的稳态精度、动态响应特性及对系统参数变化的自适应性和抗干扰性是一个必然趋势.该文对PMSM的控制机理和特性作了较为深入的分析;建立了PMSM的数学模型,并采用了id=0的矢量控制策略;对控制系统组成及控制方式作了分析和比较,在此基础上建立了电流环、速度环和位置环的三闭环控制系统,对作为反馈主回路的位置环采用了模糊CMAC神经网络控制方法,该方法兼具模糊控制器的快速性和神经网络的自学习能力;构建了针对PMSM位置伺服系统的模糊CMAC控制器结构及其相应的算法;利用先进的计算机仿真工具(Matlab下的Simulink)对所提出的控制策略进行了数字仿真和分析;仿真和实验结果表明本文所提出的控制策略对PMSM位置伺服系统进行控制具有良好的鲁棒性能和快速性.该文首次提出将兼具快速性和自学习能力的模糊CMAC神经网络控制器应用于PMSM位置伺服系统中,可以说该文为发展高性能PMSM位置伺服系统提供了充分的技术资料,也为今后进一步提高其性能提出了新的思路和方法.
上传时间： 2013-04-24
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DC/DC变换器的并联技术是提高DC/DC变换器功率等级的有效途径，而如何实现并联模块间输出电流的平均分配是实现并联的核心技术.目前的并联均流技术多是在并联模块参数差异不大的情况下实现的，对于并联系统在并联模块参数差异较大的极限情况下的稳态和暂态性能则很少涉及.该文着重对并联系统在参数差异很大的条件下的工作情况进行了研究.首先利用基于状态空间平均法的小信号分析对最大均流法的均流原理进行了分析，并对并联系统的稳定性进行了讨论.之后针对已有的均流方案的局限性提出了一种新的具有限流功能的三环控制均流策略.为了验证所提出的方案的可行性，建立了MATLAB仿真平台，利用模块化仿真的思想进行了系统仿真，初步验证了方案的合理性.最后搭建了实际的DC/DC并联系统试验平台，对采用该方案的并联系统的稳态和暂态性能进行了全面的考察，得到了令人满意的结果，证明了具有限流功能的三环控制均流策略是切实可行的.
上传时间： 2013-04-24
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盘式永磁同步电动机是一种性能优越、但结构特殊的电动机。作为一种理想的驱动装置，其应用范围遍及航天、国防、工农业生产和日常生活的各个领域。本文利用稀土永磁材料钕铁硼的高矫顽力，提出了一种省却了铁心的双转子、单定子结构盘式无铁心永磁同步电机，进一步减轻了电机的质量并消除转矩脉动。 对电机的设计、性能预测都离不开电机电磁场的计算。不同于传统的圆柱式径向磁通电机，盘式无铁心电机是轴向磁通电机，外加其无铁心的结构，决定了该电机的磁场呈三维、开域分布。对它的电磁场分析，不能采用对待径向磁通电机的化为二维磁场的分析方法。 本文研究的重点内容分为两部分：(1)在盘式无铁心永磁同步电机的结构上，建立其磁场三维模型，由三维有限元法计算三维电磁场，分析计算结果，并总结出盘式无铁心永磁同步电机的磁场分布规律。 (2)在磁场计算的基础上，将Halbach型永磁体阵列的理论应用到磁钢设计中来，提出磁钢结构优化方案，研究出适合于盘式无铁心永磁同步电机的磁钢结构，以获得理想的磁场波形和磁密值。 本文首先从磁路计算的方法入手，通过磁路计算分析出盘式无铁心永磁同步电机的磁场分布特点。其后直接运用三维有限元法求解该电机的电磁场，分析计算结果。为了获得低漏磁、高气隙磁密值、正弦形的气隙磁场分布，本文先后提出普通轴向充磁磁钢结构、不等厚轴向充磁磁钢结构并将Halbach阵列的理论应用到盘式无铁心永磁同步电机的磁刚结构优化中，讨论了三种不同角度的Halbach型永磁体阵列。最后为了简化磁钢的加工工艺，将不等厚永磁体阵列与Halbach永磁体阵列相结合，提出了最经济、有效的改进型Halbach永磁体阵列，给出具体磁钢尺寸，并运用ANSYS软件对各种磁钢结构产生的磁场进行结果仿真。
上传时间： 2013-06-23
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稀土永磁直流无刷电动机实际上是以电子换向代替机械换向的直流电动机,因而保持了直流电动机的优良性能,具有较好的起动和调速性能,又因它无需机械换向使电机的结构简单,可以根本上克服一般有刷电动机易于产生换向火花的弊病,在航天、机器人、数控机床等许多工业领域已得到广泛的应用.本文从稀土永磁无刷直流电动机的基本工作原理出发,分析了稀土永磁无刷电动机同普通无刷直流电动机的区别;阐述了稀土永磁电动机设计原理,并给出设计方法,然后运用实例来说明.在此基础上介绍遗传算法的特点,用遗传算法对稀土永磁电动机进行优化设计,达到预期的结果.最后,讨论了电机的结构参数对电机性能的影响.通过对稀土永磁直流无刷电动机的设计,分析在具体设计时所要解决一些疑难问题,对其特点进行总结.用遗传算法优化后,得出一些有用的结论.
上传时间： 2013-04-24
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永磁直流微电机作为一种机电能量转换器件，随着永磁新材料的开发，得到了迅猛的发展和广泛的应用。作为元器件，它的失效会关联到相应的工作系统和机构的正常运作，所以微电机的寿命可靠性分析和失效研究显得很重要，是准确估计其相关复杂工程系统稳定可靠性的基础。 论文基于永磁直流微电机产品是大批量且生产过程处于严格的统计质量控制状态下，而对其进行可靠性及失效分析。由于在影响微电机寿命的因素中，有很多属于随机性因素，因此可结合概率统计学原理，运用相关的数学工具，来探讨微电机失效分布函数的特征、类型和评价指标。论文针对微电机的特征，把一般的可靠性、失效分布类型函数进行整合、变换，运用到了微电机的可靠性分析上。 论文对微电机寿命可靠性及失效分析的数据处理也作了一些探讨。具体包括三个方面的内容：首先是根据试验测量结果，对预先假定的可靠性分布模式，即随机变量分布规律进行检验(假设检验)的方法作了探讨；其次是基于试验测量的样本值，估计随机分布参数的数值和推断这种估计的误差范围(一定置信水平下)；再次是在预先根本不知道或不确定分布函数类型情形下，而根据寿命试验的测量数据结果，从中寻找出失效的分布特征，或者寻找出某一数学函数表达式，在某一确定精度下，运用数值分析原理来逼近数据分布规律。还结合微电机寿命试验的结果，作了可靠性实例分析。 论文还针对微电机失效的常见主要形式、状态，对组成微电机的主要零部件从工程应用角度作了系统分析。内容包括结合个人护理应用微电机的开发实例，建立了电刷振动分析模型，使用计算机软件模拟分析技术和激光振动测试技术，对微电机电刷片振动作了模拟和实际测量的对比分析，探讨了微电机电刷失效问题及改善、优化途径；运用材料学分析方法系统地探索了杯士和换向器设计、材料选择及失效问题；运用可靠性理论对电机结构进行了优化设计；并运用设计编程的电磁场有限元软件，对微电机电磁场进行了模拟优化设计；样机的实际测量结果和理论模拟基本吻合，并略为有所提高；还探讨了微电机寿命改善和能力提高的方法。
上传时间： 2013-07-18
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近些年来，随着以计算机技术、通信技术为主的信息技术的快速发展和Internet的广泛应用，嵌入式系统也受到了越来越多的重视，日益广泛的应用与工业控制、移动通讯、家用电器以及消费电子设备中。 而数据采样在现代工业中发挥着非常重要的作用，工业设备的监测和控制都离不开数据的采集。但传统的基于单片机系统的数据采样模块因为无法或很难完成操作系统的嵌入、文件的管理、各种接口的连接、与Internet的互联、大容量存储器的扩展等功能，所以在许多领域的应用受到限制。针对这些问题，设计开发了基于Linux操作系统的嵌入式数据采集模块。 本文在综合分析了现有数据采集系统存在问题的基础上，新设计的嵌入式数据采集系统采用板卡式结构提高了系统的可扩展性和灵活性；采用嵌入式Linux内核作为系统的运行、调度的核心，提高了系统的软件可移植性和稳定性；采用基于ARM9核的32位嵌入式微处理器，作为控制、处理和通信的核心，提高了整个硬件系统的处理能力、控制灵活性以及抗干扰能力，并降低了功耗。系统有强大的网络通信能力，为接入Internet提供了可能。 基于ARM的嵌入式数据采集与处理系统结构清晰、通用性好、可扩展性强，可为各种嵌入式应用提供一套完整的硬、软件解决方案，在工业测量与控制领域具有较为广阔的应用前景。
上传时间： 2013-04-24
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现场总线技术以其先进性、实用性、可靠性、开放性等优点，已经成为自动化技术发展的热点。现场总线控制系统作为一种开放的、具可互操作性的、彻底分散的分布式控制系统，已经对传统的PLC、集散控制系统形成了巨大的冲击，具有广阔的发展前景。 作为现场总线之一的CAN总线以其可靠性高、实时性好、价格低廉、容易实现等优点，被广泛应用于工业控制领域。与传统的控制系统相比，基于CAN总线设计的工业控制系统可以减少系统控制的复杂性，降低成本，并能提高系统的稳定性和扩展性。 本论文针对某石材加工厂的具体应用需求，在分析了CAN总线协议的基础上，给出了工业控制网络的总体解决方案，主控节点硬件设计、软件设计，人机界面设计，以及网络通讯结构模型及具体实现流程，完成的主要工作如下： 软硬件平台设计，基于ARM处理器LPC2378开发了工控网络主控节点。设计了该节点的硬件电路，包括CAN总线接口电路、串行接口电路、AD、DA转换隔离电路等。在硬件平台上进行μC/OS-II操作系统移植，基于该操作系统编写了各硬件模块驱动程序，主要包括串行接口和CAN模块的初始化、数据接收以及发送。 通讯设计，根据工业控制应用的具体需求，设计了网络整体解决方案，包括网络拓扑方案，通讯结构等，基于CAN总线技术规范CAN2.0B自定义了CAN总线网络应用层通信协议CAN08。 人机界面设计，基于威纶MT505设计了工控网络的人机界面，编程实现人机界面与主控节点的Modbus通讯。
上传时间： 2013-07-09
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随着数字化和网络化的发展，传统的门禁系统由于鉴别方式、速度和性能等方面的限制，很难满足安全可靠和网络化的控制需求。由于识别技术的不断成熟，基于人体生理特征的身份识别系统逐渐被人们开始采用，目前，从实用的角度看，指纹识别技术要比其它生物识别技术更安全和方便，这是因为人的指纹具有唯一性、不变性以及贴身性的特点。传统的门禁控制器常采用单片机开发，利用串行通信接口向远程上位机传送数据，多个门禁控制器一般组成RS485网络，通信线路专用且不易于实现网络控制和远程控制，而基于TCP/IP网络通信的门禁系统通过局域网传递数据，很容易实现远程控制和分布式管理。 文中设计了基于指纹识别和以太网的智能网络型门禁控制器。在ARM9和Linux操作系统上采用FPS200指纹传感器采集指纹图像和USB摄像头采集视频图像，以及采用以太网控制器芯片AX88796，实现了基于TCP/IP协议的网络门禁系统。 论文首先分析了门禁系统的研究背景、意义及国内外的发展现状，然后介绍了指纹识别网络门禁系统的总体结构，阐述了系统各个重要功能模块的硬件资源。根据系统的硬件资源搭建了嵌入式Linux的软件平台，移植了相关模块的驱动程序。论文研究了指纹识别算法，包括指纹图像预处理和指纹图像的特征提取和匹配，重点分析了指纹图像分割法，利用灰度梯度和灰度方差的结合设置一个合适的局部阈值对指纹进行分割。然后，阐述了门禁控制系统软件的总体设计，并重点介绍Video4Linux采集图像、指纹图像采集、GoAhead Web Server的应用以及系统运用TCP/IP实现系统门禁控制器和上位机PC之间的网络通信。 系统测试部分介绍了测试环境、测试方法以及测试内容。测试结果表明，本课题设计的指纹识别网络型门禁系统在稳定性、可靠性以及实时性方面达到了较好的效果。文章最后提出了一些在工作中遇到的问题，并对近几年来的一些新的研究趋势做了简单的总结与展望，指出了指纹识别网络型门禁系统未来的研究方向。
上传时间： 2013-07-23
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