矢量变换控制的异步电动机变频调速系统是一种高性能的调速系统，已经在许多需要高精度、高性能的场合中得到应用。以矢量变换为基础的许多控制方法，诸如无速度传感器控制、自适应控制等正在发展中。本文对异步电动机变频调速系统进行了研究，利用异步电动机在二相同步旋转MT坐标系下的数学模型，使用MATLAB中的仿真工具箱SIMULINK分别对开环控制系统和闭环矢量控制变频调速系统进行了仿真。在开环控制系统的仿真中，推导出一种异步电动机在MT坐标系下的仿真模型，该模型具有结构简单、静态、动态性能良好的特点，同时这个仿真模型也用于闭环系统。在闭环控制系统的仿真中，设计了一个速度、磁链闭环的电流滞环型PWM变频调速系统，并且使这个闭环系统在SIMULINK中加以实现。本文同时还应用非线性反馈解耦理论将矢量控制的闭环系统分解为线性化的转速子系统和转子磁链子系统，两个子系统中的速度调节器和磁链调节器可按线性理论设计。仿真结果证明这两个变频调速系统具有良好的动态、静态性能。其中的一些仿真模块也可用于其它控制策略的变频调速系统中。
标签： MatiabSimulink 异步电动机 变频调速系统
上传时间： 2013-04-24
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超声波电机(Ultrasonic Motor)是近二十年来发展起来的一种新原理电机,其原理不同于传统的电磁型电机,它是利用压电陶瓷的逆压电效应激发超声振动,借助弹性体谐振放大,通过摩擦耦合产生旋转运动或直线运动.其显著特点是低转速、大力矩、可用于直接驱动、结构简单、电磁兼容性好并具有断电自锁等功能,在某些特殊领域内已取得了一席之地.超声波电机形式多样,其中纵扭复合型超声波电机的输出力矩最高能达到行波型超声波电机的十几倍,且控制性能更好,因此纵扭复合型超声波电机的研究可以便超声波电机的应用得到进一步的拓展.前几年,输出力矩大于1Nm的超声波电机研究主要集中在日本几家研究机构,国内对于大力矩高精度电机的研究几乎是空白.近几年,国内纷纷对具有大力矩输出特性的纵扭复合型超声波电机展开了研究,浙江大学、南京航天航空大学、清华大学等.该文以具有大力矩输出的纵扭复合型超声波电机作为研究对象,对其摩擦驱动模型、振动模态、摩擦材料的选择、电机结构设计及优化和测控系统等进行了系统全面的研究,并在此基础上研制了两套样机,每套样机的最大力矩在10Nm以上,且定位精度达到0.025度,形成了大力矩高精度纵扭复合型超声波电机的理论和实验基础.
上传时间： 2013-05-21
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永磁同步电动机以其效率和功率因数高而在油田抽油机、风机水泵、矿山机械等场合有广阔的应用前景.为了取代油田抽油机上配置不合理的感应电动机,该文研究了提高永磁同步电动机转矩、效率和功率因数、扩大经济运行范围的措施,分析了永磁体分散性和使用环境对永磁同步电动机性能的影响,并且试制了一台样机,对其进行了试验研究.该文的主要研究工作如下:1、对永磁同步电动机的转矩进行了分析和研究;2、提出了提高效率和功率因数、扩大经济运行范围的技术关键;3、分析了使用环境和永磁体分散性对永磁同步电动机性能的影响;4、研制了一台22kW、6极永磁同步电动机样机,并进行了试验研究.
上传时间： 2013-07-23
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水位计广泛应用于水利、石油、化工、冶金、电力等领域的自动检测和控制系统中.本文设计的智能水位计是吸收了国内外最新智能化仪表的设计经验,采用工业控制单片机,集水位采集、存储、显示及远程联网于一体,适用于各种液位及闸门开度的测量.它具有高精度、高可靠性、多功能和智能化等特点.针对研制任务的要求,课题期间研制了下位机系统硬件和软件,开发了上位机监控软件,其中所作的具体工作包括:测量原理的研究和在系统中的实现,在本次设计中用三种方法来进行水位测量,分别是旋转编码器法、液位压力传感器法和可变电阻器法;主控芯片的选择,我们选用了高集成度的混合信号系统级芯片C8051F021;实现了信号的采集和处理,包括信号的转换和在单片机内的运算;高集成度16位模数转换芯片AD7705在系统中的应用,我们完成了它与单片机的接口设计及程序编制任务;精确时钟芯片DS1302在系统中的应用,在此,我们实现了用单片机的I/O口与DS1302的连接和在软件中对时序的模拟,该芯片的应用给整台仪器提供了时间基准,方便了仪器的使用;另外,针对研制任务的要求,还给系统加上了一路4~20mA模拟信号电流环的输出电路来提供系统监测,该部分的实现是通过采用AD421芯片来完成的,本设计中完成了AD421与单片机的SPI接口任务,协调了它与AD7705芯片和单片机共同构成的SPI总线系统的关系,并完成了程序设计;与上位机的通信接口设计,该部分通过两种方法实现:RS232通信方式和RS485通信方式;系统设计方面还包括报警电路设计、操作键盘设计、电源监控电路设计、电压基准电路的设计.在硬件设计的基础上,对系统进行了软件设计,软件部分包括下位机单片机程序的设计和上位机监控软件的设计.在软硬件充分结合的情况下,实现了系统设计要求,很好地解决了以往的水位计中存在的问题,达到了高精度水位测量仪器的各项标准.
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上传时间： 2013-06-20
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传统的整流装置是电网污染的主要来源,三相电压型PWM整流器具有输出电压恒定、能实现单位功率因数运行的特点,甚至可以实现电能回馈电网.该文主要研究了三相电压型PWM整流器,内容包括下列方面:原理、拓扑结构、数学模型、控制策略和硬件实现.建立数学模型是研究三相PWM整流器的有效手段.分别在ABC静止坐标系、αβ静止坐标系和dq旋转坐标系中建立了低频和高频数学模型.该文主要对电压矢量定向控制和直接功率控制这两种关于PWM整流器的控制策略进行了研究.电压矢量定向控制包括间接电流控制和直接电流控制,该文分别介绍了它们的原理.关于直接电流控制,建立了它的仿真模型,并介绍了数字化实现的方法.由于电网电压的谐波会恶化PWM整流器的工作性能,所以研究了改良的方法,并进行了实验验证.直接功率控制方法的主要特点是结构简单、动态响应快、抗干扰性能好.该文介绍了瞬时功率的概念、直接功率控制的原理和电压矢量选择的方法.由于传统的开关状态表是引起无功功率控制效果差的主要原因,所以提出了改造开关状态表的方法.仿真和实验结果验证了此方法的有效性.最后,对电压矢量定向控制策略和直流功率控制策略作了比较研究.关于硬件方面,介绍了主电路LC参数的计算方法、二阶有源滤波的设计方法、DSP2407的主要功能、IPM的驱动与保护.
上传时间： 2013-04-24
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随着电力电子技术进一步发展,交流电动机的变频调速系统已被公认为近代交流调速中性能最优越的一种电力拖动系统.然而,随着电动机变频调速技术的发展,谐波污染问题也逐步显现.为了消除谐波,节能降耗,研究者做了大量的研究和分析.目前,在三相感应电动机变频调速系统中,对于整流过程所产生的谐波,已有过大量的分析和计算,并且研究出了精确的滤波方法,使整流部分输出电压近似为直流电压.而对于逆变过程产生的谐波,大多只是定性分析,很少有定量计算的文献出现.该文首先对SPWM控制技术从原理上进行了详细的描述,指出了谐波问题的研究方向和谐波研究的意义.然后针对逆变器-电动机系统,利用贝塞尔函数和傅里叶级数理论,分别对单相二阶SPWM逆变器和三相SPWM逆变器的输出电压谐波的产生、大小和分布进行了细致而具体的分析和计算.通过计算所得到的结果,以图文的形式对谐波问题进行了分析,得出了相应的结论,并且对影响SPWM输出电压谐波频谱分布的因素进行了详细的讨论.该文还讨论了谐波对感应电动机绕组磁动势、旋转磁场的转差率、转矩以及铜耗的影响,为感应电动机变频调速系统的设计、电机供电电压谐波分析及附加损耗计算提供了参考.该文最后利用MATLAB软件的SIMULINK中的电力系统库,建立SPWM逆变电路的仿真模型.通过仿真,不但验证了数学理论推导的正确性,而且为电力电子电路和电机变频调速系统的设计提供了一种很好的仿真方法.
上传时间： 2013-06-28
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直流电动机具有运动效率高和调速性能好等诸多优点,但传统的直流电动机均采用电刷,以机械方法进行换向,因而存在致命弱点,再加上制造成本高及维修困难等缺点,从而限制了它的应用范围.近年来随着永磁材料、现代电力电子技术、计算机技术和现代控制理论的迅猛发展而成熟起来的永磁无刷直流电动机(Brushless Direct Current Motor-BIDCM)具有体积小、重量轻、效率高、噪音低且可靠性高的特点,因而得到了广泛的应用.该文研究的对象是由两套三相无刷直流电动机组成的六相无刷直流电动机,每套绕组三相对称,两套绕组对应相之间相差30°电角度.重点研究六相无刷直流电机的转矩特性和系统的可靠性.在分析无刷直流电动机电磁转矩产生原理的基础上,阐述了三相无刷直流电动机转矩脉动的原因,在此基础上提出六相无刷直流电动机.分析结果表明,六相无刷直流电动机的转矩特性优于三相无刷直流电机,并且系统的可靠性也较高.该文对无刷直流电动机的工作原理进行了详尽的分析,建立了三相和六相无刷直流电动机的数学模型.并利用MATLAB/SIMULINK软件建立了三相和六相无刷直流电动机的系统仿真模型.该系统仿真模型采用双闭环控制,内环为电流环(采用滞环调节),外环为速度环(采用PI调节).对所得的仿真结果进行分析,表明与理论分析相吻合,证明了六相无刷直流电动机仿真模型的正确性.对两套绕组可能出现的故障进行仿真分析,结果表明六相无刷直流电动机具有较强的容错能力.由此得出结论,该文提出的六相无刷直流电动机方案是可行的.由于绕组在电机的结构中占有相当重要的位置,该文利用槽号相位表,设计了三相和六相无刷直流电动机的绕组.对槽号的分配,线圈的连接作了详细地说明.该文还对三相和六相无刷直流电动机定子绕组的磁势进行了谐波分析,分析结果表明了六相无刷直流电动机定子绕组的磁势高次谐波含量要少于三相无刷直流电动机.
上传时间： 2013-07-13
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随着电力电子器件、永磁材料、微机、新型控制理论和电机理论的发展，无刷直流电机的技术优势逐渐凸显，近年来在各种驱动、伺服和控制领域得到了迅速的推广应用。大功率无刷直流电机在国外已经成功应用于对系统效率、可靠性要求较高的场合，在国内，近年来也引起了广泛兴趣。本课题对大功率无刷直流电机进行预研，以两台无刷直流电机样机为研究对象进行分析和电磁设计研究。首先计及电枢绕组电感，从分析换相过程入手，建立了三相星型六状态工作模式下，电压源型无刷直流电机的数学模型，并基于此模型，通过仿真和实验，对该种无刷直流电机的电磁转矩系数、反电势系数、机械特性和电枢等效电阻等进行了深入研究，分析表明电枢绕组电感对上述各系数和特性存在较大影响，因此在大功率无刷直流电机设计和分析中，电枢绕组电感必须予以考虑。其次，本文对等效磁路法、电磁场有限元法和等效磁网络法以及它们在无刷直流电机电磁设计中的应用进行了比较研究，提出了采用有限元法计算漏磁系数、计算极弧系数、电枢计算长度和气隙系数，然后把它们应用到等效磁路法中进行空载特性计算，而采用电磁场有限元法分析负载特性的场路结合法。以此为基础，编制了无刷直流电机电磁设计软件，并将其应用于两台样机的设计，通过与电磁场有限元法计算结果和实验数据进行对比，验证了该方法的准确性。最后对两台样机的电枢反应及其影响进行了仿真和实验研究，分析发现q轴电枢反应是影响切向磁化结构的无刷直流电机性能的主要因素，设计中需采取措施抑制q轴电枢反应的影响。
上传时间： 2013-04-24
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传统的直流电机一直在电机驱动系统中占据主导地位，但由于其本身固有的机械换向器和电刷导致电机容量有限、噪音大和可靠性不高，因而迫使人们探索低噪音、高效率并且大容量的驱动电机。随着电力电子技术和微控制技术的迅猛发展而成熟起来的直流无刷电机具有体积小、重量轻、效率高、噪音低、容量大且可靠性高的特点，从而使其极有希望代替传统的直流电机成为电机驱动系统的主流。 模糊控制器具有鲁棒性好、抗干扰能力强的优点。论文提出了基于转速环模糊逻辑控制理论的直流无刷电机的控制系统设计方案，保证了伺服控制系统具有优良的静动态特性，因而满足更多应用场合的需要。 论文具体包括以下几个部分工作： 首先，从电机本体和控制角度出发，阐述了直流无刷电机在实际应用中需要解决的关键性问题：电磁转矩脉动。详细分析了电磁转矩脉动产生的各种原因，特别是分析了相电流换向所产生的纹波转矩脉动。 其次，本文对无刷直流电动机的工作原理进行了详尽的分析，建立了三相无刷直流电动机的数学模型。并利用MATLAB/SIMULINK软件建立了三相无刷直流电动机的控制系统仿真模型。仿真模型采样的是电机控制系统中常用的双环系统(转速—电流双闭环控制)。为了提高系统的静动态特性，转速外环采用模糊PI调节器，电流内环采用PI调节器。转子位置通过直流无刷电机感应电势检测，仿真结果表明了该仿真模型控制系统与理论分析完全吻合，从而证明了模型的有效性。 然后，初步设计了伺服系统的实验图。以TI公司生产的TMS320LF2407数字信号处理器(DSP)作为整个控制电路的核心芯片，一台40w的直流无刷电机作为被控对象，完成了伺服系统的转速控制。 最后，对未来的工作给予了展望，并对全文的内容进行了总结。
上传时间： 2013-04-24
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开关磁阻电机（SR电机）驱动系统（SRD）是一种先进的机电一体化装置，但是其较大的振动噪声和转矩脉动问题制约了SRD的广泛应用。本文以减小SR电机振动噪声和转矩脉动为主题展开理论分析和实验研究。主要内容有：由于径向力引起的定子径向振动是SR电机噪声的主要根源，因此径向力的分析和计算是研究SR电机振动噪声的基础。本文利用磁通管法推导出径向力的解析表达式，定性分析了径向力与电机结构参数等之间的关系。根据虚位移原理，推导出基于矢量磁势的电磁力计算公式。该计算方法求解电磁力时只需进行一次磁场计算，不但减小了计算量，同时计算精度较传统虚位移法高。利用这一计算方法，求出了实验样机的转矩及径向力的精确数值解。针对在SRD性能仿真时，传统的非线性插值不但耗时，而且对有限元计算数据量要求高的问题，本文利用人工神经网络强大的非线性模型辨识能力，成功进行了SR电机磁链反演和转矩计算的模型训练，最后建立了基于人工神经网络的SR电机精确解析数学模型。因为SR电机本体结构形式的选择问题与振动噪声大小有着密切的关系。本文从噪声辐射和振动幅值角度探讨了SR电机主要尺寸的确定；接着从对称性、力波阶数等角度研究了SR电机相数及绕组连接方式、极数、并联支路数的选择问题。并对一些常用的降低电机机械噪声的措施和方法进行了综述。系统振动特性的研究对于减小振动噪声十分重要。本文从振动系统的运动方程出发，导出了从激振力到振动加速度的传递函数和系统的自由振动解；然后利用机电类比法得出了SR电机定子系统的固有频率以及振动振幅的解析解，定性分析了影响振动振幅的各种因素；最后利用基于能量法的有限元解法，通过建立不同的散热筋结构形式、高度、根数以及形状的SR电机三维有限元模型，分析得出了最有利于降噪和散热的散热筋结构是高度高、根数多、上窄下宽的梯形截面的周向散热筋的结论。通过建立不同绕组装配工艺下的SR电机三维有限元模型，分析得出了加强绕组刚度可以提高系统低阶固有频率的结论。通过比较实验样机的模态分析结果和运行实验结果，证实了模态分析的有效性。仿真是计算SRD系统性能和预估电机振动的有效手段。本文在用MATLAB建立SRD系统的非线性动态仿真模型的基础上，对SRD系统进行了稳态性能仿真、动态性能仿真以及负载突变仿真。接着利用稳态性能仿真，综合考虑最大平均转矩和效率这两个优化目标，对SR电机的开关角进行了优化。最后结合由磁场有限元计算得到的径向力数据表和稳态性能仿真，通过非线性插值得到径向力的波形，然后对径向力波形进行了频谱分析，从而找到其主要的谐波分量。在电机设计阶段避免径向力波主要频谱分量与SR电机定子的固有频率接近而引起共振是降低SR电机噪声的首要条件。合适的控制策略对于SR电机减振降噪是必不可少的。本文理论推导出三步换相法的时间参数取值公式。仿真证明本取值公式较原先文献的结论在阻尼比较小时有更好的减振效果。针对SR电机运行中可能出现多个模态振形被激发出来的情况，利用数值优化法对三步换相法的时间参数进行了优化，使得减振效果整体最佳，所提的数值优化方法对两步换相法同样有效。在分析已有的直接瞬时转矩控制的基础上，针对其不足之处，提出了转矩定频控制取代内滞环的方法、开始重叠区域的转矩控制方法、最佳开关角度二次优化法和时间参数优化的三步换相法等新的控制方案。动态仿真证明这些方案是切实有效的，达到了预期效果。最后在直接瞬时转矩控制的每一次转矩斩波都使用三步换相法，和在相关断时刻根据实际电平灵活选用两步或三步换相法以减小电机振动噪声，并提出了考虑减振要求的开关频率设计方法，最终形成了一套完整的降低振动噪声和转矩脉动控制策略。设计并研制了基于TMS320LF2407DSP的SR电机控制器。根据控制策略要求，选用了不对称半桥功率电路拓扑结构；出于降低成本以及提高可靠性考虑，采用了MOSFET双路并联电路方案。在控制软件中实现了本文所提出的降低SR电机振动噪声和转矩脉动控制策略。本文最后对实验样机进行了静态转矩的测量实验，对比转矩测量值与转矩有限元计算值，验证了磁场有限元计算的有效性。然后对实验样机进行了空载与负载、电流控制与转矩控制、低速斩波与高速单波、是否采用两步或三步换相法等一系列对比运行实验，对比各种实验结果，充分证实了本文所提出的降低振动噪声和转矩脉动控制策略的有效性。本课题组承担了国家十·五863计划电动汽车重大专项：“EQ6110HEV混合动力城市公交车用电机及其控制系统”（2001AA501421）。本文的研究是在该项目的资助下完成，并且本文关于电机本体结构形式、散热筋结构和机械降噪措施等的结论已在该项目的60kW实验样机上得到证实。
上传时间： 2013-07-05
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