无刷直流电机是随着电力电子技术的发展和高性能永磁材料的出现而迅速发展起来的一种新型机电一体化电机。随着无刷直流电机在各个领域的广泛应用,无位置传感器控制方法的优势越来越明显,特别是“反电势法”无刷直流电机控制方法已经发展成为最实用的无位置传感器控制方法。 论文在介绍常用的无位置传感器无刷直流电机控制方法的基础上,详细分析了“反电势法”无刷直流电机控制原理。深入研究了两种反电势过零检测方法,采用“直接反电势法”设计了反电势过零检测电路。该方法不需要引出电机中性点,通过选择PWM和导通控制策略,就能直接从电机端电压获得反电势过零点信号。它避免了开关高频调制产生的干扰,不需要对端电压进行滤波。建立了基于PSPICE软件的仿真模型并对其进行了仿真验证。以按摩椅用无刷直流电机为样机,设计了“直接反电势法”无刷直流电机控制系统的硬件电路,详细介绍了电路各个组成部分,同时给出了控制系统中所采用的软硬件抗干扰措施。 论文介绍了“直接反电势法”无刷直流电机控制常用的起动方法,深入讨论了“三段式”起动技术,对“三段式”起动技术中转子预定位、外同步加速和外同步到自同步的切换进行了详细的分析,并围绕“三段式”起动技术详细介绍了“直接反电势法”控制软件设计流程。 最后,通过实验验证了这种方法的可行性和正确性。
上传时间: 2013-05-24
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本文首先简述了交流调速系统的发展和研究重点,介绍了异步电机调速系统的不同控制策略,详细论述了异步电机矢量控制系统的基本原理:异步电机的数学模型和坐标变换、矢量控制的基本方程式、转子磁链的观测方法、矢量控制的系统结构等,并重点分析了空间矢量脉宽调制(SVPWM)技术的基本原理、控制算法以及在TMS320LF2407中的实现方法。 从工程实际应用出发,本文设计和开发了一套以DSP芯片TMS320LF2407为核心的有速度传感器异步电机矢量控制系统,并给出了硬件和软件的实现方法。该系统的功率电路采用电压型的交-直-交变压变频结构,由整流电路、滤波电路及智能功率模块IPM(PM15RSH120)逆变电路构成;控制电路以DSP芯片TMS320LF2407为核心,加上PWM信号发生电路、定子电流检测电路、直流母线电压检测电路、智能功率模块驱动电路、速度检测电路、系统保护电路等,构成了功能齐全的异步电机全数字化矢量控制系统。 在此基础上,本文对无速度传感器异步电机矢量控制系统进行了有益的探索。提出了改进的电压型转子磁链估算模型,消除了电压型转子磁链估算模型中纯积分环节所固有的漂移问题和积累误差对实际系统性能的影响。在传统型参考自适应系统基础上,将系统中原有的自适应调节机构用一个具有在线学习能力的模糊神经网络取代,提出一种基于模糊神经网络的异步电机转速估计方法,并给出了速度估计器的模糊神经网络结构和学习算法。最后对基于模糊神经网络转速估计的异步电机矢量控制系统进行了仿真,结果表明该系统具有良好的性能。
上传时间: 2013-07-02
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矢量控制作为一种先进的控制策略,是在电机统一理论、机电能量转换和坐标变换理论的基础上发展起来的,具有先进性、新颖性和实用性的特点。它是以交流电动机的双轴理论为依据,将定子电流矢量分解为按转子磁场定向的两个直流分量:一个分量与转子磁链矢量重合,称为励磁电流分量;另一个分量与转子磁链矢量垂直,称为转矩电流分量。通过控制定子电流矢量在旋转坐标系的位置及大小,即可控制励磁电流分量和转矩电流分量的大小,实现像直流电动机那样对磁场和转矩的解耦控制。本文研究的是以TMS320LF2407ADSP和FPGA为控制核心的矢量控制变频调速系统。 分析了脉宽调制和矢量控制的原理与实现方法,从而建立了异步电动机的数学模型。对于矢量控制,分析了矢量控制的基本原理和控制算法,推导了三相坐标系、两相静止与旋转坐标系下的电机基本方程和矢量控制基本公式。同时在进行相应的坐标变换以后,得到了间接磁场定向型变频调速系统的矢量控制图,并结合TMS320LF2407ADSP完成了具体的实现方法,根据矢量控制的基本原理,设计了一种基于DSP和FPGA的SVPWM冗余系统。 在硬件方面,以TMS320LF2407ADSP和EP1C12Q240FPGA为控制器,两者之间通过双口RAMIDT7130完成数据的交换,并能在一方失控时另一方立即产生SVPWM波形。同时完成无线遥控、速度给定、数据显示以及电流、速度检测和保护等功能,也对变频调速系统的主电路、电源电路、FPGA配置电路、无线遥控电路、LCD显示电路、保护电路、电流和转速检测电路作了简单的介绍。在软件方面,给出了基于DSP的矢量控制系统软件流程图,并用C语言进行了编程。用硬件描述语言Verilog对FPGA进行了编程,并给出了相关的仿真波形。MATLAB仿真结果表明,本文研究的调速系统的矢量控制算法是成功的,并实现了对电机的高性能控制。
上传时间: 2013-07-09
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能源和环境的双重压力、电子技术与控制理论的飞速发展使得柴油机控制能够采用电子控制技术,并成为柴油机控制的研究热点。本文针对我国内燃机车牵引用的柴油机(12V240ZJ6E),主要研究其电控单体泵的电子控制技术。实现了电控单体泵在实验台上的电子控制,为最终降低内燃机车柴油机在轻载工况下的燃油消耗率并改善其排放打下基础。在以下三方面展开研究工作: 首先,根据柴油机的燃油喷射原理,深入研究高压燃油在泵-管-嘴系统中的传递规律,分析燃油喷射系统的各种电子控制方式,结合我国内燃机车柴油机改造的现状并参考国内外应用实例,确定采用“电控单体泵系统”方案。针对性地分析电控单体泵的特性,总结出电控单体泵的控制规律。 其次,设计电控单体泵的高速大流量电磁阀驱动模块,其性能直接影响电磁阀的响应特性。通过计算和试验对比的方法获得不同驱动电压、不同续流回路情况时的动态响应,找出最优电路参数和控制参数。用于多缸柴油机的驱动模块可以修正各单体泵喷油特性的差异。 第三,设计凸轮轴转速的测量模块。采集安装于凸轮轴上的测速齿轮的脉冲信号,计算凸轮轴的瞬时转速和相位,并对瞬时转速进行预测,为查找脉谱表以确定喷油定时和喷油量奠定基础。凸轮轴转速的预测方法为“相邻区间+自适应参数修正”。 最后,设计控制电路,以数字信号处理器为主控芯片。在数字信号处理器中完成柴油机的转速测量和电磁阀驱动脉冲生成。由于内燃机车上的电磁环境比较恶劣,采用了抗干扰措施。 通过上述工作,掌握了电控单体泵系统的基本特性,完成了电子控制单元主要电路的设计,并实现凸轮轴的测速和电磁阀的控制。电子控制单元在电控单体泵试验台上进行了试验。结果表明,测速准确、电磁阀驱动及其控制方式合理,为后续工作打下良好的基础。
上传时间: 2013-04-24
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永磁无刷直流电动机是一种机械、电气、电子一体化的高技术产品,具有结构简单、运行可靠、使用寿命长等优点,在现代轻重工业中应用广泛。现代工业技术和生产需求的快速发展对永磁无刷直流电动机控制系统的性能要求不断提高,因此研究具有响应速度快、调节能力强、控制精度高的无刷直流电动机控制系统具有十分重要的意义。 本文介绍了永磁无刷直流电动机控制系统的组成和研究方向,介绍了英飞凌XC167Cl高性能16位单片机,进而对永磁无刷直流电动机的类型进行了介绍,同时分析了永磁无刷直流电动机的工作原理,建立了比较完善的数学模型,并详细阐述了转矩脉动产生的原因和消除转矩脉动的一般方法。 本文设计并实现了基于英飞凌XC167Cl高性能16位单片机的转速和电流双闭环永磁无刷直流电动机控制系统。系统采用PWM方式实现对电机的控制。转速和电流双闭环数字PI器的应用使得控制系统具有良好的动态和静态性能。单片机和液晶显示与键盘给定模块之间的串行通信实现了控制系统信息在人机间的传输,为系统的调试带来了灵活性,也为控制系统中参数的实时监控和给定提供了方便。 在本文的最后,就采集到的部分波形,分析了实验结果,并提出了对本系统的总结和展望。 实验表明,本文所采用的英飞凌XC167Cl高性能16位单片机具有极高的性能,以其为核心的控制系统具有运行性能良好、调试方便、升级换代容易等特点,为后续的研究工作提供了实验基础和借鉴。
上传时间: 2013-05-25
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电流互感器是电力系统中最重要的高压设备之一。它被广泛应用于继电保护、系统监测、电力系统分析之中,关系到电力系统的安全性与可靠性。随着电力系统向高电压、大容量和数字化方向的发展,传统的电磁式电流互感器很难满足电力系统发展的进一步要求。因此,研究基于计算机技术、现代通信技术及数字处理技术的以电子式电流互感器(ECT)为代表的、新型的高精度电流互感器成了大势所趋。在电子式电流互感器的应用研究中,ECT高压侧的电源问题是关键技术之一。 本文对国内外电子式电流互感器发展的现状进行了描述,并对已有的电子式电流互感器的高压侧供能方式进行了总结。论文根据本课题组所研究的电子式电流互感器的特点,对电子式电流互感器的高压侧供能系统的设计进行了研究,提出一种将两种供能方式结合使用的组合电源,并设计了这两种电源之间的切换方法。 本文首先设计了一种应用于高压电子式电流互感器的数字化激光电源,包括大功率激光器的驱动电路、基于16位低功耗单片机MSP430的过流保护电路和恒温控制电路、输入电路、显示电路、以及高压侧变换电路。其供能部分由低电位侧的大功率激光光源产生激光输出,经光纤将激光能量传输到达高电位侧的光电池,再由光电池进行光功率到电功率的光电变换后,形成满足光电电流互感器传感头部分所需的电压输出。实验结果表明,该电源可以提供稳定的6V电压,其功率不少于300mW。 本文又设计了了一种应用于高压侧电子装置中的CT电源方案:通过一个特制的电流互感器(CT),直接从高压侧一次母线电流获取电能,凭借在CT和整流桥之间串联的一个电感,大大降低了施加在整流桥上的的感应电压并限制了CT的输出电流,起到了稳定电压和保护后续电路的作用。实验结果表明,该电源能输出稳定的5V直流电压,纹波不超过25mV。 最后,本文提出了一种将两种供能方式结合使用的组合电源,并设计了这两种电源之间的切换方法,解决了取电CT电源的死区问题,延长了激光器的使用寿命。
上传时间: 2013-06-05
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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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混合动力电动汽车(HEV)作为降低城市汽车尾气污染、减少油耗和调整能源结构的行业新技术,前景十分广阔,日益受到人们的关注,其开发也成为新的热点。驱动电机及其控制系统是HEV的核心部分,其性能的优劣很大程度上决定了车辆的动态性能,因此对其进行研究具有重要的理论意义和应用价值。 本文主要研究混合动力车用交流驱动电机控制系统,以高性能的数字信号处理器(DSP)为核心,采用转子磁链定向矢量控制(FOC)算法,设计了一种基于DSP的交流驱动电机控制器。主要研究内容如下: 首先,在分析国内外研究状况和比较几种常用驱动电机的基础上,结合HEV对驱动电机的特性要求,选择交流异步电机作为HEV的驱动电机和基于转子磁链定向的矢量控制技术作为系统开发方案。 其次,以交流异步电机的动态数学模型为基础建立了转子磁链位置的电流计算模型,实现交流电机转矩和励磁电流分量的有效解耦。结合矢量控制理论及电压空间矢量脉宽调制(SVPWM)技术给出了混合动力车用驱动电机矢量控制系统结构框图。 最后,以一台5kw异步电机作为控制对象,搭建了系统主电路。系统控制电路以TMS32OLF2407A DSP为核心,由电流、电压及速度等检测模块和CAN总线通信模块组成。系统以CCS2集成开发环境为平台,采用汇编语言编程,设计了基于DSP的矢量控制具体的软件实现方法,实现了全数字化的HEV驱动电机矢量控制系统。论文给出了驱动电机运行的调试结果并进行了分析。 实验表明该控制系统响应速度快,电压利用率高,动态性能好,能够满足HEV对驱动电机动态和静态性能的要求,对开发出低成本、高性能的电机驱动控制系统具有实用价值。
上传时间: 2013-07-06
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超级电容器是一种具有高能量密度的新型储能元器件,它可提供超大功率并具有超长的寿命,是一种兼备电容和电池特性的新型元件,在混合动力电动车、脉冲电源系统和应急电源等领域具有广泛的应用前景。对于大功率储能系统来说,为了满足容量和电压等级的需要,一般是由多个超级电容器串联和并联的组合方式构成。然而超级电容器在串并联使用时,单体电容器参数的分散性是制约其寿命和可靠性的主要因素。因此,为了提高储能效率,对超级电容器组合进行电压均衡管理具有十分重要的意义。 本文针对超级电容器串联使用时充电电压的均衡问题,对超级电容器组充放电均衡技术进行了研究,通过对现有均衡技术的分析和讨论,确定采用单电容均压方案,并利用DSP控制技术,设计了一个基于DSP控制的超级电容组电压均衡系统,解决超级电容器串联电压均衡问题。该系统主要由参数采集、PWM信号输出、开关网络控制等部分组成。系统以DSP为控制核心,采用了一只电解电容器作为中间电容传递能量,通过实时电压、电流及温度监测将采集到的信号,经A/D转换器后,送入DSP处理,系统根据得到的电压、电流信息判断电容的充放电状态,控制PWM信号的输出,进而驱动开关网络的切换,使能量在单体电容器之间快速传递,从而实现均压控制。最后,对该系统进行了仿真和实验研究,通过对上述数据的分析比较可以看出,采用此种方案进行均衡后,超级电容组单体的电压在充电过程中达到了较好的一致性。 本文设计的超级电容组电压均衡系统用于串联超级电容组的充放电均衡控制,既可实现静态均衡也可实现动态均衡。与其他均衡方案相比,该系统具有电压均衡速度快,均衡效果好的优点。
上传时间: 2013-04-24
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在早期阶段,直流调速系统在传动领域中占统治地位。然而,从60年代后期开始,交流电动机在工业应用领域正在取代直流电动机,交流传动变得越来越经济和受欢迎。永磁交流伺服系统作为电气传动领域的重要组成部分,在工业、农业、航空航天等领域发挥越来越重大的作用。永磁同步电动机以其特点广泛应用于中小功率传动场合,成为研究的重要领域。然而,永磁同步电动机具有较大的转动脉动,而对于这些应用场合,转矩平滑通常是基本要求。因此,对永磁交流伺服系统的应用,必须考虑其转矩脉动的抑制问题。本文针对电机传动系统中参数变化对电机性能的影响,以永磁同步电机为例,围绕如何通过参数辨识来提高永磁同步电动机的控制性能,借助自行开发的全数字永磁交流伺服系统平台,对永磁同步电动机的磁场定向控制,参数辨识,神经网络和扩展卡尔曼滤波在控制系统中的应用,抑制转矩脉动,提高系统性能几个方面展开深入的研究。 本文从永磁同步电动机及其控制系统的基本结构出发,对通过参数辨识抑制转矩脉动进行了较为细致的分析。针对不同情况,通过改进电机的控制系统,提出了多种参数辨识方法。主要内容如下: 1、基于定子磁链方程,建立了永磁同步电动机的一般数学模型。经坐标变换,得出在静止两相(α—β)坐标系和旋转两相(d—q)坐标系下永磁同步电动机电压方程和转矩方程。 2、分析了永磁同步电动机id=0矢量控制系统的工作原理,介绍了永磁同步电动基于磁场定向的矢量控制的基本概念。经对永磁同步电动机系统进行分析,推导并建立了id=0控制时整个电机系统的数学模型。 3、基于超稳定性理论的模型参考自适应控制原理,设计了一种模型参考自适应控制系统,考虑电机参数的时变性,对永磁交流伺服系统的绕组电阻和电机负载转矩辨识进行了研究,以保持系统的动态性能。利用Matlab/Simulink建立仿真模型,对控制性能进行了验证,仿真实验证明这种方法的可行性。 4、人工神经网络具有很强的学习性能,经过训练的多层神经网络能以任意精度逼近非线性函数,因此为非线性系统辨识提供了一个强有力的工具。本章针对永磁同步电机提出了一种以电机输出转速为目标函数的神经网络控制方案,同时应用人工神经网络理论建立和设计了负载转矩扰动辨识的算法以及相应的控制系统的补偿方法,并应用MATLAB软件进行了计算机仿真,仿真证明和传统的控制方法相比,以电机输出转速为指导值和目标函数的神经网络控制方案能有效地提高神经网络的收敛速度,能有效地改善控制系统的动态响应,具有跟踪性能好和鲁棒性较强等优点。 5、电机的参数会随着温升和磁路饱和发生变化,需进行在线实时辨识。本文利用电机的定子电流、电压和转速,采用递推最小二乘法进行在线参数辨识,该方法不需要观测的磁链信号,消除了磁链观测和参数辨识的耦合。电机状态方程由于存在状态变量的乘积项,对电机参数辨识以后,仍然是非线性方程,为了对电机状态方程进行状态估计,得到电机的参数辨识值,本文采用扩展卡尔曼滤波进行状态估计,对以上方法的仿真实验得到了满意的结果。 6、本文基于数字电机控制专用DSP自行开发了全数字永磁交流伺服系统平台,通过软件实现扩展卡尔曼滤波对电阻和磁链的估计,以及基于磁场定向的空间矢量控制算法,获得了令人满意的实验结果,证明扩展卡尔曼滤波算法对电阻和磁链的实时估计是很准确的,由此构成的永磁交流伺服系统具有良好的静、动态性能。
上传时间: 2013-07-28
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