绕组励磁同步电机具有功率因数可调、效率高等优点，在工业大功率场合获得了广泛应用，因此研究和开发高性能的绕组励磁同步电机驱动系统具有重大的经济价值和社会效益。目前开发高性能绕组励磁同步电机驱动系统所采用的控制方案主要有两种：一种是直接转矩控制（DTFC）；另一种是磁场定向矢量控制（FOC）。绕组励磁同步电机的矢量控制策略具有控制结构简单，物理概念清晰，电流、转矩波动小，转速响应迅速，易实现数字控制等优点。因此，在交流传动领域中，越来越受到学者的关注。但是，无论在国内还是国外，交直交型绕组励磁同步电机矢量控制系统的研究还缺乏全面深入的理论研究，还没有建造起矢量控制系统的理论体系构架。本文对绕组励磁同步电机矢量控制系统进行了初步的理论探讨，并进行了详细的实践研究，为以后更深入、广泛地研究此系统，打好坚实的基础。本论文主要研究内容如下： @@ 通过广泛的查找文献，对几种常见的同步电机传动系统进行了综述，分析了同步电机变频调速原理，在此基础上，讲述了无传感器技术在同步电机中的应用现状。无传感器技术主要有两大类：基于基波量的检测方法和基于外加信号的激励法。随后，对转子初始位置的估计进行了综述，其方法有：基于电机定子铁芯饱和效应的转子位置估计，高频信号注入法，基于定子绕组感应电压的估计法和基于相电感计算法等。绕组励磁同步电机转子初始位置估计的研究还很少。 @@ 对绕组励磁同步电机矢量控制的理论进行了全面深入地研究，建立起矢量控制的理论体系构架。 @@ 首先，基于磁势等效原理，将三相静止交流信号等效变换为两相旋转直流信号，将交流电机等效为直流电机进行控制。在Clarke变换和Park变换的基础上，得到凸极同步电机转子磁场定向的电压矩阵方程、功率方程和运动方程。根据上述方程，绘出dq轴的等值电路及矢量图，得到状态空间描述的dq轴数学模型。 @@ 其次，根据模型参考自适应原理，对同步电机转速进行估计。忽略同步电机d轴阻尼绕组的作用，取同步转速为零，得到同步电机αβ静止坐标系下 的数学模型。将不含有转子转速信息的方程作为参考模型，将含有转速参数的方程作为可调模型，根据波波夫超稳定性和正性原理，对转子转速进行估计。@@ 最后，根据模型参考自适应估计的转子转速，设计磁通观测器来估计转子磁通，实现磁通反馈闭环控制。磁通观测器采用降维观测器，仅对转子磁通分量进行重构，并通过极点配置算法，合理配置观测器的极点，使观测器满足系统的性能指标，达到磁通观测的目的。 @@ 新颖的空间矢量脉宽调制算法。从空间矢量的基本概念入手，深入分析了定子三相对称电压与空间电压矢量之间的关系。由三相电压源型逆变器输出电压波形得到六个有效开关状态矢量，这六个开关矢量和两个零矢量合成一组等幅不同相的电压空间矢量，去逼近圆形旋转磁场。其次，根据空间电压矢量所在的扇区，选择相邻有效开关矢量，在伏秒平衡的法则下，计算各有效开关矢量的作用时间。并且，探讨了扇区判断和扇区过渡问题，定性分析了空间矢量脉宽调制（SVPWM）的性能。最后，根据每个扇区中开关矢量作用时间，采用软件构造法，在TMS320LF2407A硬件上实现了SVPWM。实验结果表明，该算法简单易实现，能够有效的提高直流母线的电压利用率，具有在低频运行稳定，逆变器输出电流正弦度好等优点。 @@ 空间矢量过调制算法的研究。在上述线性调制的基础上，提出一种基于电压空间矢量的过调制方法。过调制区域根据调制度分成两种不同的模式，分别为模式Ⅰ（0．907
上传时间： 2013-07-25
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直接转矩控制技术是继矢量控制技术之后交流调速领域中新兴的控制技术，它采用空间矢量的分析方法，在定子坐标系下计算并控制转矩和磁链，以获得转矩的高动态性能。比较于矢量控制，它省去了复杂的矢量变换，克服了对电机转子参数的依赖性，具有转矩响应快的优点。然而，异步电动机的直接转矩控制系统存在转矩、电流和磁链脉动较大，开关频率不恒定的问题。本文在传统直接转矩控制的基础上，针对其存在的缺点提出了基于空间矢量脉宽调制的直接转矩控制策略。 这种新型的直接转矩控制策略使空间矢量脉宽调制技术和直接转矩控制技术相结合。把电动机和PWM逆变器看成一体，使电动机获得赋值恒定的近似理想的圆形磁场，解决其转矩、电流、磁链脉动大，开关频率不恒定的问题。在论文撰写的过程中做了如下工作： 根据电机原理和坐标变换理论，建立定子正交α—β两相静止坐标系下的异步电动机的数学模型，包括电机的磁链模型、转矩模型和运动方程。 设计PI控制器，该控制器把转矩和磁链误差信号转换成参考电压，然后通过坐标变换把参考电压变换成SVPWM模块所需的指令电压，对SVPWM模块进行控制。 设计SVPWM控制模块，其中设计了期望电压空间矢量的合成方法，矢量区段的判断，计算了开关器件的导通时间和时刻。 通过理论分析和设计各个模块，组成了控制系统逆变器部分的仿真模型。在MATLAB/SIMULINK仿真工具箱中搭建仿真模型，通过设置合理的仿真参数、电机参数、给定量参数以及PI控制器的控制参数对系统进行仿真研究，从而在理论上验证系统设计的正确性。 仿真实验结果证明了这种基于空间矢量脉宽调制的直接转矩控制方法可以有效改善直接转矩控制系统的性能。减小传统直接转矩控制中的磁链和转矩脉动，并使逆变器工作在恒定的开关频率。最后总结论文所做的研究工作，并展望了今后的研究重点和方向。
上传时间： 2013-04-24
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传统开环运行的三相混合式步进电动机驱动系统中存在着振荡和失步等不足之处。本文针对这种情况，通过对理想化三相混合式步进电动机数学模型的分析，把三相混合式步进电动机视为一种低速同步电动机。同时，结合电流跟踪型PWM控制方式及恒流斩波驱动的工作原理，设计了基于数字信号处理器TMS320F2812的全数字三相混合式步进电动机正弦波细分驱动系统。 首先，本文从三相混合式步进电动机的数学模型出发，对步进电动机的细分驱动方式进行了研究，分析了步进电动机连续均匀旋转的工作机理。然后分析了步进电动机的运行特性及细分控制的必要性，进而分析了细分驱动对改善步进电动机运行性能的作用，并针对细分运行的一些不足之处，提出了均匀细分恒转矩控制的方案。理论分析表明，在混合式步进电动机的三相定子绕组中通以互差120°的正弦波电流时，可得到类似同步机的转矩特性，使电动机均匀旋转。 本系统硬件电路以TMS320F2812为核心，采用正弦波细分和电流跟踪型脉宽调制（PWM）技术实现三相混合式步进电动机的细分控制，使三相定子绕组电流严格跟踪电流给定信号变化。应用IR公司的IR2130集成驱动芯片进行了步进电动机驱动系统的功率驱动环节的设计，节省了板上空间，减小了装置体积。同时从装置可靠性出发，设计了一套安全可靠的硬件保护电路。 实验结果表明，本文所设计的三相混合式步进电动机正弦波细分驱动器具有优良的控制性能。细分运行时减弱了混合式步进电动机的低速振动和噪声，使电动机运行平稳，并改善了其低频运行性能。
上传时间： 2013-06-27
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随着低压供电系统中感性负荷越来越多，电网对无功电流的需求量急剧增加，为了提高系统供电质量和供电效率，必须对电网进行无功补偿。晶闸管投切电容器（TSC）一种简单易行的补偿措施，并已得到广泛应用。但是长期以来无功补偿装置中的电容器投切开关存在功能单一、使用寿命短、开关冲击大等不足，这些不足严重制约了补偿装置的发展。因此开发大容量快速的集多种功能于一体的电子开关功率单元将是晶闸管投切电容器（TSC）技术中长期研究的主要内容，具有很高的实用价值。 首先，本文回顾了投切开关的发展历史，并指出它们存在的优点和弊端。阐述了晶闸管投切电容器（TSC）的基本工作原理及主电路的组成和实现手段。 其次，提出功率单元的概念，并介绍了它的组成、功能和作用、对功率单元各个组成部分进行研究，主要包括根据系统电压和电流选择晶闸管型号、根据TSC无过渡过程原理的分析来设计过零触发模块、利用补偿电容上的工作电压波形设计多功能卡上的工作指示电路、故障检测电路，根据TSC的保护特点将温度开关串入到控制信号和冷却风扇电路，在温度过高时起到对功率单元的保护作用。然后在理论及设计参数的基础上制造功率单元。在已有的TSC补偿装置上对功率单元的性能进行实验，实验结果表明，论文所设计功率单元能很好的实现投切电容器的作用，还实现各种保护和显示功能，提高效率和补偿效果。 最后，系统地阐述了功率单元作为集成化开关模块在无功补偿领域的优越性，并指出设计中需要完善的地方。
上传时间： 2013-07-19
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应用于电动汽车驱动领域的永磁同步电机交流驱动系统是由永磁同步电机、电力电子技术和控制技术相结合而形成的新型交流驱动系统。因其具有良好的运行性能而成为当代电气传动领域研究的热点之一。 永磁同步电机是一个多变量、非线性、高强耦合的系统，其输出转矩与定子电流不成正比，而是复杂的函数关系，因此要得到好的控制性能，需要进行磁场解耦。矢量变换控制技术正好适用于永磁同步电机的这种特点。 本文在数字电机控制专用DSP芯片TMS320LF2407的基础上，以永磁同步电机为研究对象，对其矢量控制技术进行了研究和设计。 首先课题根据永磁同步电机实际物理模型，分析推导得到了永磁同步电机的三相静止坐标系下及两相旋转坐标系下的数学模型。 接着课题对永磁同步电机运行特性进行了分析和研究。在此基础上，课题提出了一种新型的永磁同步电机矢量控制系统，在这个系统上，课题提出了应用不同矢量控制策略的矢量控制方法，并对其做了仿真验证。 结果表明，课题设计的系统以及应用不同矢量控制策略的矢量控制方法准确可行。 这个控制系统便于实现多种矢量控制方法，为永磁同步电机扩速增效提供了理论平台。 在理论分析、仿真通过基础上，课题对驱动系统的硬件和软件两个方面进行了具体的设计。 课题完成了DSP控制系统关键硬件电路的设计，并设计制作了一块应用SCALE模块的IGBT驱动电路，此驱动电路响应迅速、抗干扰性强，驱动性能优越。此外，课题完成了永磁同步电机矢量控制系统全数字化设计，调试通过了速度位置检测、电流检测、PI调节、坐标变换等应用模块。 课题最后对整个系统的做了全面的总结，并对今后的工作方向进行了展望。
上传时间： 2013-06-22
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变频器在各行各业中的各种设备上迅速普及应用，已成为当今节电、改造传统工业、改善工艺流程、提高生产过程自动化水平、提高产品质量以及推动技术进步的主要手段之一，是国民经济和生活中普遍需要的新技术。但是现有变频器的调制算法尚存在一些缺点，如开关损耗大和共模电流大等，因此有必要研究和设计高性能调制算法的变频控制器。鉴于此，开展了以下工业变频器高性能调制算法为对象的研究内容： 在阐述了工业变频器系统的结构、调制算法、调速算法的基础上，结合数学模型，分析了共模电压产生的原理、共模电流其影响和危害，给出了共模电压和共模电流的关系。总结其他的抑制共模电压的方案基础上，提出一种新的共模电压抑制SVPWM；还阐述了死区产生的原因及其影响，以及死区补偿的原理并将上述两个调制算法利用MATLAB/SIMULINK软件对该系统给予了全面的仿真分析。 变频器硬件部分设计包括整流滤波电路、逆变器功率电路、上电保护电路、DSP控制系统及其外围电路、IGBT驱动及保护电路以及反激式开关电源，对于传感器检测滤波电路的具体电路参数设计，是在PSPICE上仿真基础上得出。并在考虑成本、EMC、效率等因素后考虑完成了所有硬件相关的原理图绘制和PCB绘制； 变频器软件部分设计包括主程序、键盘扫描程序、系统状态处理程序、PWM发送中断程序、电机启动函数、电压调整程序、AD采样中断程序以及故障保护中断程序。在实现一般SVPWM的基础上，根据之前理论和仿真得到的共模电压抑制SVPWM、以及死区补偿算法，将这两个对SVPWM进行改进的调制算法在硬件平台上实现。 在硬件电路完成设计的各个阶段，逐渐编制相应的控制程序，并进行调试，并完成整个程序的编制和调试。此外，还调试了系统所需的反激式开关电源。整个系统调试中遇到了很多问题，如键盘消除抖动问题、共模电压抑制SVPWM出现的直通现象等。最终完成了工业变频器样机，并且采用的是文章中研究的调制算法，效果良好，达到设计的目的； 提出了一种将有源功率因数校正(PFC)技术引用到串级调速中来提高定子侧功率因数的新方法。通过建立电动机折算到转子侧的等值电路，重点分析了有源PFC技术代替传统串级调速系统中的不控整流桥后，系统可以等效为转子串电阻调速。得到了等效串电阻的计算公式和变化趋势，对电动机功率因数、电磁转矩脉动也进行了分析，发现能够比传统串级调速时有所提升。鉴于电动机转子侧电势频率非常低，分析了有源PFC的具体实现的特殊考虑和参数选取方法，并基于对称平衡的Scott变压器和两个单相有源PFC电路实现了绕线电动机转子侧的三相有源低频PFC，得到超低纹波的直流输出电压。利用MATLAB建立了完整的仿真平台，所得结果验证了理论分析的正确性。
上传时间： 2013-07-09
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异步电动机直接转矩控制技术是近年来发展起来的一种新型、高性能交流调速技术。它利用电压源型逆变器的工作过程，控制定子磁链的走或停，即调整定子磁链与转子磁链的夹角大小，从而对电机转矩进行直接控制以获得良好的动态性能。 论文首先探讨了直接转矩控制技术的现状和发展趋势，阐述了直接转矩控制的基本原理，分析了常用的圆形磁链轨迹控制方法，详细介绍了直接转矩控制系统主要模块的设计和实现。在分析交流异步电机动态数学模型、转矩和磁链计算方程的基础上，分析了直接转矩控制的异步电动机在低速运行时存在转矩脉动和转速波动较大的问题。基于占空比控制和离散占空比控制的异步电动机直接转矩控制方法，由电机电磁转矩公式和合成电压矢量理论推导了直接计算占空比的方法，在不影响系统各方面性能指标的情况下使降低转矩脉动的计算量大大减少，方便了计算和使用。两种方法均具有系统结构简单、占空比计算量小等优点。研究结果验证了这两种方法的正确性和有效性。在第一种方法中加入了单神经元控制器，使系统的动静态性能得到了提高。接着对利用空间电压矢量调制的直接转矩控制系统进行了研究。仿真结果表明此种方法能够有效的降低转矩脉动，使系统性能得到提高。 以TMS320F2812DSP为CPU搭建了直接转矩控制硬件实验平台，调试了硬件电路。编写了相关软件流程图和程序清单。
上传时间： 2013-04-24
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随着国内交流伺服电机等硬件技术逐步成熟，高运算能力的控制芯片与电机控制技术相结合，具有高效、节能和可移植性好等特点，这样使得交流伺服系统成为现代电机伺服驱动系统的一个发展趋势。 本文主要是基于MCU研究和设计了交流永磁电机位置伺服控制系统。针对三相永磁同步电机的物理方程，通过坐标转换，在d-q旋转坐标系下建立转矩方程，采用Id=0的矢量控制策略，建立一套完整的全数字交流位置伺服控制系统。 硬件方面，采用的是瑞萨公司专用电机控制Tiny系列芯片M30262F8作为控制芯片，并由三菱公司的第三代IPM模块PS21564实现功率驱动，简化了系统电路，缩小了系统的体积，提高了系统的可靠性。由交流电流传感器检测三相定子绕组电流；由增量式磁性编码器检测永磁转子位置，并设计一种比较快速的转子初始检测方法。 软件方面，采用结构化语言C和单片机M16C汇编语言混编，实现了单片机初始化、三环控制、电流跟随型PWM控制，提高编写代码的效率，同时保证系统的实时控制性能；由软件方式实现经典PID控制和简单模糊控制相结合构成“串联校正”闭环控制系统，提高了系统的快速性和抗干扰能力。此外，本文对控制策略进行了研究，阐述了模糊PID控制策略；还介绍了SPWM、SVPWM和跟随型PWM调制。 实验结果表明，本文所设计的伺服控制系统能实现电机的启动，调速和定位等，并能达到系统的性能指标。
上传时间： 2013-05-19
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三相异步电动机结构简单、价格便宜以及维修方便等优点，被广泛应用于工农业生产和日常生活等领域。随着各行各业中生产机械的不断更新和发展，其中对电动机的起动性能要求越来越高。传统的电机起动方式其局限性，不能有效减少起动时对电网的大电流冲击，已越来越不能适应现代生产发展的要求。针对上述问题，本文提出了一种以TMS320LF2407 DSP为核心的高性能数字式电机软起动器。相比于传统的起动器，它能显著的改善电机的起动性能。 由于软起动器所具有的优点及其它控制设备无法比拟的性价比，使得软起动器的应用前景十分广阔。加上现在国内电力供应紧张，软起动器在节能方面有突出的表现。因此软起动器拥有十分广阔的市场。但是在国内软起动器市场，以国外产品居多。国外产品质量高，但是价格昂贵，性价比不高，在国内彻底普及有困难。针对该现状，本文设计出一种以DSP-TMS320LF2407为核心低价格，高性能的异步电动机软起动器。 本软起动器采用品闸管调压方式，采用模块化设计思想，通过改变晶闸管的触发角来实现对定子两端的电压的调节。从而实现了异步电动机电压斜坡起动、限流起动、软停车等功能。 本文利用MATLAB搭建了软起动器系统的仿真模型，对软起动的控制方式进行了仿真研究。仿真结果表明该软起动器系统可以有效地减小异步电动机起动时对电网的冲击。本文同时也阐述了晶闸管调压电路及软起动器主电路的工作原理、软起动器的硬件结构和功能以及软件设计。该软起动器操作方便简单，智能化程度高，能够及时跟随电机负载的变化，使电机顺利起动。经过实验调试，基本上达到了改善鼠笼式异步电动机起动性能的要求，在保障降低异步电动机起动电流的前提下，使电机能够平稳可靠起动。
上传时间： 2013-04-24
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直接转矩控制技术在电力机车牵引、汽车工业以及家用电器等工业控制领域得到了广泛的应用。在运动控制系统中，直接转矩控制作为一种新型的交流调速技术，其控制思想新颖、控制结构简单、控制手段直接、转矩响应迅速，正在运动控制领域中发挥着巨大的作用。虽然直接转矩控制的优势是矢量控制所不能实现的，但是直接转矩控制依然存在一系列不能忽视的问题。直接转矩控制采用两点式转矩和磁链滞环控制器，使转矩和磁链被控制在给定值的一定范围以内，这种控制方法不可避免地带来电机输出转矩脉动过大和逆变器开关频率不恒定等问题。直接转矩控制采用定子磁链定向，只用便于测量的定子电阻来估计定子磁链，这样在低速运行时会带来磁链估计的误差。虽然在全速范围内估计定子磁链运用低速时采用的电流-转速模型和高速时采用的电压-电流模型的合成模型，即电压-转速模型，然而两种模型的平滑切换又是一个新的问题。直接转矩控制在基频以下调速的理论和应用已经实现，在基频以上的弱磁调速范围内的理论和应用还需要进一步的研究。 为了解决这些问题，本文针对异步电动机在两相静止坐标系下的数学模型，对传统直接转矩控制系统和两种改进的直接转矩控制系统进行了研究。在传统直接转矩控制系统中，详细讨论了定子磁链估计的三种基本模型，设计了定子磁链估计的加权模型，使电机在全速运行的范围内都能够得到准确的定子磁链。针对转矩脉动过大和逆变器开关频率不恒定的问题，本文设计了两种改进的直接转矩控制系统。在基于占空比控制的直接转矩控制系统中，通过对一个采样周期内非零电压矢量作用时间占采样周期的占空比的优化，解决了转矩脉动过大的问题；在一个采样周期内，从非零电压矢量到零电压矢量的转换只有一次，实现了开关频率的恒定。在基于滑模变结构的直接转矩控制系统中，本文设计了转矩和磁链滑模变结构控制器代替传统直接转矩控制系统中的转矩和磁链滞环控制器；运用空间矢量脉宽调制技术，实现了开关频率的恒定。本文把传统直接转矩控制系统和两种改进的直接转矩控制系统扩展到基频以上的弱磁范围内的异步电动机调速系统中，对其进行了相关研究。 为了验证上述各种控制系统的正确性和有效性，本文采用Matlab/Simulink仿真软件对其进行了仿真验证。针对传统直接转矩控制系统，对定子磁链估计的加权模型进行了仿真验证。仿真结果表明所设计的定子磁链的加权模型能够在电机运行的全速范围内准确地估计定子磁链。针对基于占空比控制的直接转矩控制系统和基于滑模变结构的直接转矩控制系统，本文分别对负载转矩有扰动和无扰动、给定转速为恒定值和不为恒定值四种情况进行了仿真验证，并分别和传统直接转矩控制系统的仿真结果进行了对比。仿真结果表明，两种改进的直接转矩控制系统均能有效的减小转矩脉动和转速的稳态误差。针对电机运行在基频以上的弱磁调速情形，本文运用三种不同的直接转矩控制方法分别进行了仿真验证。仿真结果表明，两种改进的直接转矩控制系统在弱磁调速范围内依然优于传统直接转矩控制系统，依然能够减小转矩脉动和转速的稳态误差。
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