高性能伺服控制系统日益广泛地应用于现代工业、家用电器和国防等各个领域。采用先进控制策略和全数字控制技术的永磁同步电机伺服系统，已成为高性能伺服系统发展的主流方向。应用在交流伺服系统上的背景技术不断进步，同时市场对伺服系统性能、成本及自适应能力的要求也不断提高。 本文从详细分析了永磁同步电机的数学模型和矢量控制的基本原理，选取了基于id=0转子磁场定向矢量控制方式，采用电压空间矢量（SVPWM）调制技术，建立了位置、转速、电流三闭环控制的永磁同步电机伺服系统。针对伺服系统在运行过程中参数变化及负载扰动等问题，深入分析了连续与离散系统滑模变结构控制器设计的基本原则和方法，将滑模变结构控制与矢量控制相结合，改进了基于趋近率的单段滑模面变结构控制，设计了适用于矢量控制位置伺服系统的分段式滑模变结构控制器。在Matlab/Simulink7．1仿真环境和以Freescale MC56F8346DSP为核心的实验系统平台进行了详尽的仿真和实验研究。结果表明本系统满足高性能伺服控制系统的基本要求，滑模变结构控制能够有效应用于矢量控制伺服系统并提高其鲁棒性。
上传时间： 2013-07-18
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无刷直流电机是一种性能优越、应用前景广阔的电机，应用传统的控制理论对其进行控制系统设计、分析的技术已经相对成熟，在此基础上研发出的各种调速系统已经在工业生产中获得广泛应用。因此，无刷直流电机的进一步推广应用，在很大程度上依赖于对一些先进控制策略的研究。 为了改进无刷直流电机调速系统的控制性能，本文基于灰色控制理论建立了无刷直流电机灰色PID控制调速系统模型。常规的PID控制以其结构简单、可靠性高、易于工程实现等优点至今仍被广泛采用。在系统模型参数变化不大的情况下，PID控制性能优良，但无刷直流电机是一种多变量、非线性的控制系统，传统的PID控制器难以克服电机自身参数不确定和扰动带来的转速偏差问题，无法实现精确快速的控制。灰色控制器是在继承经典PID控制器不依赖于对象模型优点的基础上，通过改进经典PID固有缺陷而形成的新型控制器，性能优良并且算法简单。该控制器设计不需要建立电机的精确数学模型，对参数变化和负载扰动不敏感。系统较好地实现了给定速度参考模型的自适应跟踪，结构简单，能适应环境变化，具有较强的鲁棒性。 本文以灰色系统理论为基础，把无刷直流电机的数学模型分为确定部分与不确定部分，对被控对象的不确定部分建立灰色模型，进行灰色预估补偿，使控制系统的灰量得到一定程度的白化。对所提出的无刷直流电机灰色PID控制调速系统进行了仿真，对仿真结果给出理论分析；以TMS320F2812型DSP为核心控制器建立了无刷直流电机调速驱动系统。仿真和实验结果表明，基于灰色PID控制算法的无刷直流电机调速系统受电机参数变化影响较小，具有较高的控制精度和鲁棒性，表现出优良的动、静态性能。
上传时间： 2013-04-24
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逆变器广泛应用于工业生产的各个方面，数字控制具有方便实现复杂算法、抗干扰性强和产品容易升级等优点，已成为未来逆变器的发展趋势。使用数字技术控制设计逆变器，控制器的性能决定了逆变系统系统的性能。然而在很多高频应用的场合，目前常用的控制器的速度往往不能完全达到要求。与传统单片机和DSP芯片相比，FPGA器件具有更高的处理速度。同时FPGA应用在数字化逆变器设计中，还可以大大简化控制系统结构，并可实现多种高速算法，具有较高的性价比。在逆变器的全数字化控制领域，FPGA具有很好的应用价值。 论文首先介绍了SPWM基本原理及其控制方式，SPWM的生成方法，并结合本课题给出了查表法生成SPWM波的一般方法，且以单相全桥逆变器为例进行了仿真。分析其的电路特点，建立PWM逆变器的统一电路模型、连续状态空间以及离散状态空间模型，在此数学模型基础上，针对逆变器研究分析了目前用于逆变器设计的各种数字控制技术、控制方案，讨论了其控制方法的优缺点，相关控制器设计的一般问题，最后比较了其优缺点，指出其存在的共性问题，总结了使用FPGA设计逆变器数字控制器的优势。然后以单相电压型PWM逆变器为控制模型采用新型模数结合现场可编程门阵列FPGA实现数字化控制器的方案，给出了纯正正弦波逆变器的设计方案。 论文详细论述了采用模数混合型FPGA作为主控芯片的高频逆变器设计方法与实现过程。系统主控芯片采用Fusion系列AFS600，世界上首个模数混合型FPGA。主要设计要点包括：逆变器硬件电路设计以及SPWM数字控制系统软件设计。外围强电电路的设计的难点在于用于前端升压的高频变压器的设计以及输出端LC滤波电感与电容的选取。另外，SPWM“H”字全桥逆变电路中的高悬浮电压也是设计中需要值得注意的重要环节。在控制系统软件设计方面，采用FPGA自上而下的设计方法，对其控制系统进行了功能划分，完成了SPWM产生器以及加入死区补偿的PWM发生器、和反馈等模块的设计。 论文的结束部分给出了设计结果，并指出了进一步的工作的思路和方向。
上传时间： 2013-05-19
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交流伺服技术是研制开发各种先进的机电一体化设备，如工业机器人、数控机床、加工中心等的关键性技术，但是要提高交流伺服系统的控制性能关键在于伺服控制器对电机动态和静态响应的控制，要获得良好的电机动、静态性能关键在于伺服控制器的控制算法。为此，本文开展了主要针对电机控制算法中的PID控制器参数整定算法研究。研究工作是基于黑龙江省科技攻关项目为支撑。 本论文在查阅大量文献资料的基础上，掌握了系统构成和基本控制原理，并分析了国内交流伺服存在的问题，设计了基于TI公司电机数字化控制芯片TMS320F2812的交流伺服控制器的控制单元；基于三菱公司智能化功率器件IPM设计了控制器的功率单元；以及电源单元和相关电路的保护单元。 基于电机矢量控制原理，构建了永磁同步电机的矢量控制模型，在原有研究的基本PID控制基础上，根据模糊控制的基本原理，研究了应用于电机控制的模糊参数自整定PID控制器设计原理，构建模糊参数自整定PID控制器的数学模型，并进行该系统的仿真研究和实际应用程序设计。 本文的重点是阐述模糊参数自整定PID控制器的设计原理和方法，利用基于模糊参数自整定PID控制器的交流伺服系统仿真模型，应用Matlab/Simulink仿真软件平台验证模型和算法的正确性，并与常规PID控制性能进行对比分析。在实际硬件平台验证了本文提出算法的可行性和正确性。 通过仿真和实际结果对比得出结论，模糊参数自整定PID控制器可以提高交流伺服系统的动态和静态性能。
上传时间： 2013-04-24
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贵州电解铝厂供电四车间厂房内变压器、整流柜、电容等设备种类繁多,同系列设备安放距离跨度较大.这些电力电子器件长期运行导致系统内部某些连接点绝缘介质老化,甚至脱落.这种现象单凭肉眼很难观察,该厂对此问题的解决方法为:技术工人携带小型红外探测仪定期采集上述器件的某些连接点,从红外图像数据得出温度数据以此判断器件工作是否处于良好状态.由于人为因素,工人不一定能全部获取所有连接点数据.可见,此方法费时费力,还存在隐患. 针对现行探测方法存在的弊端,依托"中铝贵州分公司电解铝厂整流所安全运行监控系统开发"项目,利用一台直线行走的智能小车停靠在已选择的定位点处监测车间的电器设备,因此这就涉及到了监控小车的精准定位问题.本文以卞位机智能监控小车为研究对象,采用模糊PID控制技术对PLC发出的脉冲频率进行自动调节,依据脉冲频率误差E和误差变化率EC的变化对PID控制的参数进行自整定,实现对小车速度的模糊控制,从而实现了小车的精准定位,为上位机的监控工作做好了准备. 论文第一章介绍了电解铝厂供电车间的供电情况,分析了小车定位精准的重要性,介绍了本文的研究内容.第二章对小车主要结构的硬件设计作了介绍.第三章论述了小车的运动控制,从分析步进电机的矩频特性和数学模型入手,介绍了小车的启停控制和运动中的测速.第四章论述了小车的精准定位方法,介绍了模糊PID控制器设计,重点介绍了模糊PID控制算法的程序设计.第五章列举了实际运行调试中出现的几种问题,介绍了相应的控制方法加以克服.第六章对论文进行了总结.
上传时间： 2013-04-24
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在实际应用中，对永磁同步电机控制精度的要求越来越高。尤其是在机器人、航空航天、精密电子仪器等对电机性能要求较高的领域，系统的快速性、稳定性和鲁棒性能好坏成为决定永磁同步电机性能优劣的重要指标。传统电机系统通常采用PID控制，其本质上是一种线性控制，若被控对象具有非线性特性或有参变量发生变化，会使得线性常参数的PID控制器无法保持设计时的性能指标；在确定PID参数的过程中，参数整定值是具有一定局域性的优化值，并不是全局最优值。实际电机系统具有非线性、参数时变及建模过程复杂等特点，因此常规PID控制难以从根本上解决动态品质与稳态精度的矛盾。永磁同步电机是典型的多变量、参数时变的非线性控制对象。先进控制方法(诸如智能控制、优化算法等)研究应用的发展与深入，为控制复杂的永磁同步电机系统开辟了崭新的途径。由于先进控制方法摆脱了对控制对象模型的依赖，能够在处理不精确性和不确定性问题中有可处理性、鲁棒性，因而将其引入永磁同步电机控制已成为一个必然的趋势。本文根据系统实现目标的不同，选取相应的先进控制方法，并与PID控制相结合，对永磁同步电机各方面性能进行有针对性的优化，最终使其控制精度得到显著的提高。为达到对永磁同步电机进行性能优化的研究目的，文中首先探讨了正弦波永磁同步电机和方波永磁同步电机的运行特点及控制机理，通过建立数学模型，对相应的控制系统进行了整体分析。针对永磁同步电机非线性、强耦合的特点，设计了矢量控制方式下的永磁同步电机闭环反馈控制系统。结合常规PID控制，将模糊控制、遗传算法、神经网络和人工免疫等多种先进控制方法应用于永磁同步电机调速系统、伺服系统和同步传动系统的控制器设计中，以满足不同控制系统对电机动、静态性能的要求以及对调速性能或跟随性能的侧重。实验结果表明，采用先进控制方法的永磁同步电机具有较好的动态性能、抗扰动能力以及较强的鲁棒性能；与传统PID控制相比，系统的控制精度得到了明显提高。研究结果验证了先进控制方法应用于永磁同步电机性能优化的有效性和实用性。
上传时间： 2013-04-24
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近几十年来,由于大功率电力电子装置的广泛应用,使公用电网受到谐波电流和谐波电压的污染日益严重,功率因数低,电能利用率低。为了抑制电网的谐波,提高功率因数,人们通常采用无功补偿、有源、无源滤波器等对电网环境进行改善。近年来,功率因数校正技术作为抑制谐波电流,提高功率因数的行之有效的方法,备受人们的关注。 本文在参阅国内外大量文献的基础上,综述了近年来国内外功率因数校正的发展状况,简要分析了无源功率因数与有源功率因数的优、缺点,并详细分析了有源功率因数校正的基本原理和控制方法。在通过对主电路拓扑与控制方法的优、缺点比较后,选择BOOST变换器作为主电路拓扑,采用基于平均电流控制的UC3854控制器,设计了容量为300W的两级有源功率因数校正电路的前一级电路,计算了主电路与控制电路的元件参数。根据此参数,基于MATLAB环境下对功率因数校正前、后的电路进行了仿真,通过仿真波形的分析。最后搭建实验电路进行实验,采集实验波形,对实验结果进行分析,进-步验证了本设计参数的正确性与准确性。 本文功率因数校正电路的设计,使电路的功率因数得到了明显的改善,达到了设计要求,同时电路的总谐波畸变因数控制在了一定的范围,减少了对电网的污染。并且电路的输出电压稳定,为后一级的电路设计奠定了基础。
上传时间： 2013-05-22
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各类交流电源在产品开发过程中都需要进行长时间的带载测试，以检验其电气性能。传统使用电阻、电感和电容这类无源元件作为负载的测试方法存在参数调节不方便、发热量大、耗能等诸多缺点。为克服传统测试方法的不足，本文研究了一种带能量回馈功能的交流电子负载装置，采用交直交变换结构，由具有公共直流母线的两级电压型PWM整流器组成。通过控制前级PWM整流器的输入功率因数，在其输入端模拟不同阻抗特性的负载；后级PWM整流器工作在并网逆变状态，将被测试电源发出的电能回馈至电网进行循环利用。 交流电子负载属于一种测试设备，需要实现用户交互、通讯、监控等功能，因此采用了以DSP芯片为核心的数字控制方案。本文首先探讨了数字控制技术对变换器性能的影响，重点讨论了当数字脉宽调制器精度不足时会引起输出产生极限环振荡的问题。分析了极限环振荡产生的原因，并以BUCK、BOOST和BUCK-BOOST三种基本变换器的数字控制器设计为例，推导出了为避免极限环振荡，数字脉宽调制器应满足的最小精度要求。在MATLAB中建立了数字控制器的仿真模型，设计了一台数字控制BUCK变换器实验样机，仿真和实验结果验证了理论分析的正确性。 根据处理电能方式的不同，交流电子负载可分为能量消耗型和能量回馈型两大类。本文首先针对交流电源产品的功能性测试应用场合，提出了一种新的能量消耗型交流电子负载结构和相应的控制方法。然后重点介绍了能量回馈型交流电子负载的工作原理及其控制策略。分析了功率电路中主要元件参数的选取方法。其中，对工作在任意功率因数情况下的单相PWM整流器中交流滤波电感的取值作了重点讨论。在Saber软件中建立了系统的仿真模型，设计了一台以TMS320F2812 DSP芯片为控制核心的能量回馈型交流电子负载原理样机，仿真和实验结果验证了系统方案的可行性和正确性。最后针对交流电子负载的并网能量回馈功能，初步分析了一种基于正反馈思想的并网系统孤岛检测方法，并进行了仿真验证。
上传时间： 2013-07-29
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液位是工业生产中常见的测量参数，化工、石油、污水处理等各类工厂企业都要进行液位测量。目前，液位检测技术飞速发展，新的液位测量仪表量程大、精度高、功能全，我国新型液位仪表大多依靠进口。由于超声波测量液位具有非接触测量、可测低温介质、能够定点和连续测量等优点，近年来，超声液位测量技术取得了长足的进步，己成功应用于江河水位、化学和制药工业、食品加工、罐装液位等多种领域。 本文研制的是基于ARM的超声波液位计。传统的超声波液位计一般使用8位的单片机作处理器，采用电子元件捕捉到超声波回波信号后产生中断，判断超声波的传播时间。本文提出了使用32位ARM芯片做处理器，采用数字信号处理的方法来判断超声波传播时间的设计方案。 本文使用高性能的ARM7TDMI-S内核的芯片LPC2119作为系统的运算控制器，加强了系统对超声波回波信号的处理能力；使用A/D转换器将回波信号转换为数字信号，采用数字滤波处理信号，利用数值处理来判断超声波回波信号的起始点，提高了液位的测量精度；采用单换能器收发一体式电路设计，简化了液位的计算；利用LPC2119芯片内部的CAN总线控制器设计了CAN总线通信接口；选用一线式数字温度传感器DSl8820进行温度补偿，避免了由于环境温度的变化而产生的测量误差。ARM芯片丰富的内部资源和I/0口线有利于今后扩展功能，升级系统。本超声波液位计使用方便，精度高，能满足工业生产中的要求。
上传时间： 2013-04-24
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步进电机是一种将电脉冲转化为角位移的执行机构，可以通过控制脉冲个数来控制角位移量，从而达到准确定位的目的；同时可以通过控制脉冲频率来控制电机转动的速度和加速度，从而达到调速的目的。由于步进电机的控制原理是根据控制信号动作，因此非常适合于单片机控制。 由于工业自动化水平的提高，对很多工业监控设备的要求也随着提高，特别是对其驱动部件步进电机的位移和速度控制的要求越来越高，用单片机机对二维步进电机实施精确位移和速度控制有极大的优越性，二维步进电机数控运行系统是由ipc（工业控制计算机）发出控制指令，通过与单片机之间的通信，使单片机产生控制步进电机运转的脉冲波形，使二维步进电机分别作正传、反转、快转、慢转和停止等。
上传时间： 2013-05-18
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