超声波电机(Ultrasonic Motor简称USM)是八十年代发展起来的新型微电机。本文针对超声波电机及其控制技术的研究现状和发展趋势,以我国研究技术相对比较成熟并有产业化前景的行波超声波电机(Traveling-wave Ultrasonic Motor简称TUSM)的伺服控制技术为研究对象,以直径60mm的行波超声波电机TUSM60为研究实例,在特性测试、动稳态性能分析,辨识模型建立、控制策略与控制算法的选择与实现等方面展开研究。本论具体的研究内容为： 在分析超声波电机研究历史和现状的基础上,结合国内外超声波电机特别是行波超声波电机控制技术的发展趋势,重点论述了行波超声波电机及其驱动控制技术的研究进展。 介绍行波超声波电机的基本结构,并从该电机的主要理论基础--压电原理、行波合成、接触模型出发,分析了行波超声波电机定子质点的运动方程.并结合定转子摩擦接触特点,分析了行波超声波电机的运行机理。 根据对行波超声波电机测试和高精度控制的要求,研制出基于双DSP和FPGA的超声波电机高性能测试控制平台。其中控制核心采用了双DSP结构,可以在对行波超声波电机进行控制的同时,将必要的参数读取出来进行分析和研究。为行波超声波电机瞬态特性分析以及控制策略、控制算法的深入研究打下了基础。 对电机的瞬态、稳态特性进行的测试,可以分析驱动频率、电压以及相位差等调节量对电机输出的影响。在此基础上进一步对行波超声波电机的调节方式、控制算法选择方面进行分析,并得到相应结论。 通过对实验数据的总结和归纳,利用系统辨识中的非参数方法,建立在特定频率条件下的近似线性模型。在行波超声波电机工作范围内,辨识若干组不同频率条件下的近似线性模型,将这些模型的参数进行二维或三维拟合,可以得到一个关于行波超声波电机传递函数的模型。辨识模型的建立为合理的选择和优化控制参数,控制效果的验证等提供了行之有效的手段。 在对行波超声波电机的速度控制、位置控制展开的研究中.首先利用遗传算法对常规PI恒转速控制的控制参数整定及修正方法进行了研究；利用神经元的在线自学习能力,研究和设计单神经元PID-PI转速控制器,提高控制系统对电机非线性和时变性的适应能力；为了消除在伺服控制中,单一调节量(驱动频率)情况下,低转速的跳跃问题,研究和讨论了多调节量分段控制方法,并利用模糊控制对控制方法的有效性进行了验证；在位置控制中,利用转速控制研究的结果,研究和设计了位置--速度双环(串级)控制器,实现了电机高精度位置伺服控制。 通过对已有控制系统的改进和简化,设计和研制了具有实用化价值行波超声波电机控制器：并将研究成果应用于针对核磁成像设备而设计的行波超声波电机随动控制系统中,同时尝试了将该控制器用于高精度X-Y两维定位平台。
上传时间： 2013-07-13
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励磁控制系统是同步发电机的重要组成部分，它的特性好坏直接影响电机及电力系统运行的可靠性和稳定性。 基于此，利用仿真的方式对励磁控制系统进行了研究并给出了相关结论，同时提出了一些新的控制算法，并建立了一个励磁控制系统仿真平台。 首先，从同步电机和励磁系统的模型入手，根据研究需要修改了同步电机的仿真模型，详细地介绍了检测单元、控制单元和励磁系统主回路模型，在总结普通PID调节方式不足的基础上提出了一种性能优越的非线性PID控制方式。 其次，分别在有刷和无刷励磁系统下，对普通PID、非线性PID和模糊自适应PID三种控制方式在阶跃响应和突变负载的情况下进行仿真，对输出的机端电压进行分析并得出相关结论。 除了对通用的励磁控制算法进行仿真分析外，提出了一种基于同步电机本身的励磁控制算法，这种控制方式是对励磁电流进行闭环控制，并辅以非线性的PID控制进行进行精度调节。针对这种方式，提出了两种实现方案。同样在有刷和无刷励磁系统下进行阶跃响应和突变负载的仿真分析研究。仿真测试表明，这种控制算法在控制的快速性和稳定性方面优于通用的控制方式。 最后，鉴于励磁控制系统仿真的重复性及操作的繁琐性，建立了一种基于MATLAB GUI的励磁控制仿真平台，借助此平台对SIMULINK模型操作，可以方便地实现对参数的设置与修改、模型的查看和修正、仿真的显示及相关的辅助操作等等，可以极大地简化仿真的操作过程，提高仿真的效率。另外，此平台的实现也为其它系统类型仿真界面的建立提供了重要的参考。
上传时间： 2013-04-24
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滚筒式洗衣机在其工作运转，尤其是其脱水甩干时的振动，一直是个突出的问题。滚筒洗衣机在运行过程中由于衣物的不平衡分布，会使滚筒受到变载荷与变方向偏心力激励的作用并引起激烈的振动，使得整机的振动不仅产生很大的噪音，而且对洗衣机机械与电器部件的寿命产生影响。因为传统机械减振方法存在通用性方面的限制，近年来随着技术的发展，从机电一体化系统的角度出发，综合运用机械、电子、电机等方面的技术，提高洗衣机的振动控制效果已成为趋势。 本文从课题要求和实际应用出发，在与日本松下公司合作的基础上，针对National NA—V82型号滚筒洗衣机，以电力电子用数字控制开发系统MyWay PE—Expert作为控制系统，构建了滚筒洗衣机驱动系统平台，并开发了一种新型的低振动的滚筒洗衣机驱动控制方法。本文的结构和主要研究内容如下： 第一章简单介绍了滚筒洗衣机的发展现状，通过对课题的背景介绍，阐述了课题的实际意义。其后详细介绍了传统的机械减振手段以及新型的通过电机控制技术实现的减振方法。通过对两者的分析比较，提出了本文的主要工作及方案。 第二章介绍了驱动系统主要硬件组成及各部分之间的连接，给出了驱动系统的详细连接图。同时给出了基于矢量控制的驱动系统基本控制方法的原理和说明。最后还介绍了振动测量设备并确定其使用方案。 第三章研究了振动产生的机理，对振动规律进行分析。提出了基于加速度传感器的偏心负载位置以及质量的实时测定方法。并通过仿真和实验分析，研究了脉动转矩对电机振动的影响。最后在此基础之上，提出了基于脉动转矩的低振动的滚筒洗衣机驱动系统控制方法：分段线性化振动抑制法以及自振动抑制法。 第四章通过实验研究，确定低振动驱动控制方法所需要的相关参数。并验证了偏心负载位置以及质量实时测定方法的精度和基于脉动转矩的低振动的滚筒洗衣机驱动系统控制方法的效果。 第五章总结了研究的主要工作，并对未来的工作方向进行了研究和讨论。
上传时间： 2013-04-24
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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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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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永磁同步电机(Permanent Magnet Synchronous Motor)因功率密度大、效率高、过载能力强、控制性能优良等优点，在中小容量调速系统和高精度调速场合发展迅速。但由于永磁同步电机的磁场具有独特的交叉耦合和交叉饱和现象，且其控制系统是一个强非线性、时变和多变量系统，要实现高精度调速就需对其控制策略进行深入研究。 永磁同步电机调速系统中，位置传感器的存在使得系统成本增加、结构复杂、可靠性降低，所以永磁同步电机的无位置传感器控制成为一个新的研究热点。本文拟借助于神经网络良好的逼近能力，实现永磁同步电机的无位置传感器控制。 人工神经网络(Neural Network)可以逼近任意复杂非线性映射，具有很强的自学习自适应能力，十分适合于解决复杂的非线性控制问题。其中，BP神经网络是目前广泛应用的神经网络之一，得到了较为深入的研究，其结构简单，需要离线确定的参数少、泛化能力强、逼近精度高、实时性强，采用BP神经网络实现永磁同步电机的调速控制具有重要意义。 文中提出了基于BP神经网络的永磁同步电机自适应调速控制策略，建立了一种包含辨识网络和控制网络的双神经网络结构控制系统。辨识网络在线动态辨识系统输出并对控制网络参数进行调整，控制网络与PI控制方法相结合实现永磁同步电机自适应转速控制。仿真结果表明，该系统动态响应快、实时性较强、精度较高。 文中提出了一种基于混合训练算法的BP神经网络永磁同步电机无位置传感器控制方法。采用混沌优化和梯度下降法相结合的混合算法对BP神经网络进行离线训练后，将其用于永磁同步电机的转子位置角在线估计。结果表明，该训练算法可以有效地加快神经网络收敛速度，且估计的转子位置角误差较小、精度较高。 文中建立了以TMS320F2812芯片为核心的永磁同步电机调速控制系统，并进行了相应的软硬件设计，为实现永磁同步电机的各种控制策略奠定了实验基础。DSP控制系统为神经网络训练提供样本，为研究永磁同步电机的自适应调速控制和转子位置角估计创造了条件。
上传时间： 2013-07-03
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电子式互感器与传统电磁式互感器相比，在带宽、绝缘和成本等方面具有优势，因而代表了高电压等级电力系统中电流和电压测量的一种极具吸引力的发展方向。随着信息技术的发展和电力市场中竞争机制的形成，电子式互感器成为人们研究的热点；越来越多的新技术被引入到电子式互感器设计中，以提高其工作可靠性，降低运行总成本，减小对生态环境的压力。本文围绕电子式互感器实用化中的关键技术而展开理论与实验研究，具体包括新型传感器、双传感器的数据融合算法、数字接口、组合式电源、低功耗技术和自监测功能的实现等。 目前电子式电流互感器(ECT)大多数采用单传感器开环结构，对每个环节的精度和可靠性的要求都很高，严重制约了ECT整体性能的提高，影响其实用化。本文介绍了新型传感器～铁心线圈式低功率电流传感器(LPET)和印刷电路板(PCB)空心线圈及其数字积分器，在此基础上设计了一种基于LPCT和PCB空心线圈的组合结构的新型电流传感器。该结构具有并联的特点，结合了这两种互感器的优点，采用数据融合算法来处理两路信号，实现高精度测量和提高系统可靠性，并探索出辨别LPET饱和的新方法。试验和仿真结果表明，这种新型电流传感器可以覆盖较大的电流测量范围，达到IEC 60044-8标准中关于测量(幅值误差)、保护(复合误差)和暂态响应(峰值)的准确度要求，能够作为多用途电流传感器使用。 在电子式电压互感器方面，基于精密电阻分压器的新型传感器在原理、结构和输出信号等方面与传统的电压互感器有很大不同，本文设计了一种可替代10kV电磁式电压互感器的精密电阻分压器。通过试验研究与计算分析，得出其性能主要受电阻特性和杂散电容的影响，并给出了减小其误差的方法。测试结果表明，设计的10kV精密电阻分压器的准确度满足IEC 60044-7标准要求，可达0.2级。 电子式互感器的关键技术之一是内部的数字化以及其标准化接口，本文以10kV组合型电子式互感器为对象设计了一种实用化的数字系统。以精密电阻分压器作为电压传感器，电流传感器则采用基于数据融合算法的LPCT和PCB空心线圈的组合结构。本文首先解决了互感器间的同步与传感器间的内部同步问题，进而依照IEC61850-9-1标准，实现了组合型电子式互感器的100M以太网接口。 电子式电流互感器在高电压等级的应用研究中，ECT高压侧的电源问题是关键技术之一。论文首先分析了两种电源方案：取电CT电源和激光电源。取电CT电源通过一个特制的电流互感器(取电CT)，直接从高压侧母线电流中获取电能。在取电CT和整流桥之间设计一个串联电感，大大降低了施加在整流桥上的的感应电压并限制了取电CT的输出电流，起到了稳定电压和保护后续电路的作用。激光电源方案以先进的光电转换器、半导体激光二极管和光纤为基础，单独一根上行光纤同时完成供能和控制信号的传输，在不影响光供能稳定性的情况下，数据通信完成在短暂的供能间隔中。在高电位端控制信号通过在能量变换电路中增加一个比较器电路被提取出来。本文还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。作为综合应用实例，设计并完成了以LPCT为传感器、由组合电源供能、采用低功耗技术的高压电子式电流互感器。互感器高压侧的一次转换器能够提供两路传感器数据通道，并且具有温度补偿和采集通道的自校正功能，在更宽温度、更大电流范围内保证了极高的测量精度：互感器低电位端的二次转换器具有数字和模拟接口，可以接收数据并发送命令来控制一次转换器，包括同步和校正命令在内的数据信号可以通过同一根供能光纤传送到一次转换器。该互感器具有在线监测功能，这种预防性维护和自检测功能够提示维护或提出警告，提高了可靠性。系统测试表明：具有低功耗光纤发射驱动电路的一次转换器平均功耗在40mw以下：上行光纤中通信波特率可以达到200kb/s，下行光纤中更是高达2Mb/s；系统准确度同时满足IEC6044-8标准对0.2S级测量和5TPE级保护电子式互感器的要求。
上传时间： 2013-06-09
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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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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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超声波电机（Ultrasonic Motor，简称USM）是近二十年来发展起来的一种新原理微型电机，该类电机不同于传统的电磁感应电机，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，通过摩擦耦合使运动体产生旋转或直线运动。这种电机具有结构紧凑、响应快、低速大力矩、不受电磁干扰、断电自锁等优点，在微型机械、机器人、精密仪器、家用电器、汽车、航空航天等方面有着广泛的应用前景。 二十多年来超声波电机的研究取得了很大的进展，有些机型已经逐步产业化。为了适应超声波电机推广应用和产业化发展的需要，必须加强电机驱动控制技术的研究工作。目前，小型化、通用化、高性能的驱动电源和简单、实用的控制技术已成为国内外研究的热点。本文总结了国内外关于超声波电机的驱动控制技术以及其驱动电源的设计理论与经验，分析了电机的阻抗特性及其谐振频率漂移的影响因素。在此基础上，本文提出了基于保持电机驱动电压、电流间相位差恒定不变的频率跟踪方法，设计了一种新型的超声波电机驱动电源。 本文开展的主要研究工作如下： （1）简要介绍了超声波电机的基本原理、独特优点、发展历史以及本论文的选题意义和主要内容。 （2）分析了超声波电机的阻抗特性，在此基础上研究了电机频率漂移的原因及不利影响，总结了各种实现频率跟踪的方法。 （3）在理论分析的基础上，提出了基于保持超声波电机驱动电压、电流间相位差恒定不变的频率跟踪方法，该方法可以由锁相环CD4046实现。 （4）对所设计的超声波电机驱动电源进行实验，从实验结果可知该电源能够有效地驱动电机，并且频率跟踪的效果较好，电机转速的变化可稳定在4％左右。
上传时间： 2013-06-27
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