矢量控制一直是电机控制领域的热门话题。本文以异步电机为研究对象，以矢量控制的解耦思想为基础，采用自动控制的有关方法，对矢量控制进行了探讨，着重研究了矢量控制系统中控制器的设计。 @@ 本文对矢量控制和自动控制的相关理论进行了简单的介绍，包括矢量控制的原理、坐标变换、控制系统的性能指标等。按照矢量控制的解耦思想将耦合的交流电机模拟为解耦的直流电机进行控制，解耦后的交流电机可对转子磁链和转速进行独立控制。在设计磁链控制器和速度控制器时，通过使用自动控制的相关原理，使得转子磁链和电机转速达到了预期的性能要求。本文使用的设计方法是先在连续域下设计控制器，然后将其离散化为数字控制器，并对连续域下的控制器和离散域下的控制器进行了仿真和比较。电机转速是本文的一个重要参数，文中专门设计了转速实验，并对测量结果进行了误差分析。最后，对本文设计方法的不足之处进行了简单的说明，也给出了对应的改善方法。 @@ 仿真表明，本文设计的矢量控制系统达到了良好的控制效果。 @@关键字：矢量控制、磁链调节器、速度调节器
上传时间： 2013-06-17
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随着电力电子技术、微处理器技术以及控制技术的发展，基于转子磁链定向的交流电机矢量控制系统以其优良的性能受到了广泛应用。采用SVPWM逆变器的异步电动机矢量控制系统在转速参考值变化或者负载转矩参考值变化的动态情况下，参考电压矢量可能会超出基本空间矢量构成的正六边形，此时便出现动态过调制，需要用过调制策略将超出的电压矢量重新限定在正六边形边界内。不同的过调制策略会给整个系统带来不同的动态性能，本文在对过调制策略进行完善的基础上，针对三种过调制策略对交流电动机动态性能的影响进行了研究，并对其机理进行了理论分析与探讨。 @@ 本文首先以三相异步电动机在两相静止坐标系下的动态方程为基础，按照转子磁链定向，设计了转子磁链观测器，完成了励磁电流分量和转矩电流分量的解耦，并构建了基于SVPWM的异步电动机矢量控制系统的MATLAB仿真模型。在矢量控制中，电流控制对系统性能具有重要影响。为了改善系统性能，所设计的矢量控制系统采用了同步电流控制，并对反电势进行了前馈补偿。 @@ 在分析了现有的三种过调制策略之后，对过调制策略进行了完善，并构建了异步电动机矢量控制系统的过调制仿真模型。过调制中，当原参考电压矢量位于正六边形中任意两个扇区交界附近时，过调制策略2和3所得到的新电压矢量仍会超出正六边形边界，过调制算法不再适用于此区域。针对以上不足，本文对过调制策略2和3进行了完善，使过调制算法适用于所有区域。采用完善后的过调制策略对转速参考值变化和负载转矩参考值变化的异步电动机矢量控制系统进行仿真，发现在加速与加载的条件下，过调制策略2的动态性能好于过调制策略1，而过调制策略3的动态性能最佳，具有最小的动态响应时间，暂态性能优良；在减载的条件下，过调制策略1和2能够很快的进入稳定状态，但是过调制策略3却出现问题，动态响应时间很长，说明此策略具有一定的局限性。 @@ 本文深入探讨了三种过调制策略导致不同动态性能的内在机理，通过对三种过调制策略中电压矢量的幅值和相位进行分析，理论上解释了出现不同动态响应时间的原因。出现过调制时，过调制策略2中新电压矢量的幅值总是大于过调制策略1中新电压矢量的幅值，所以动态性能更好。在加速和加 载条件下，过调制策略3中新电压矢量的相位总是超前于过调制策略1和2中新电压矢量的相位，因此可以获得更快的动态响应，暂态性能更佳。但是在减载条件下，过调制策略3中新电压矢量与原电压矢量间的相位关系处于无规律的超前滞后状态，导致过调制策略3出现问题，动态响应时间很长，说明此过调制策略有其不足之处，有待于改进。@@关键词：SVPWM；矢量控制；过调制；动态性能
上传时间： 2013-06-27
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无刷直流电机以体积小、重量轻、效率高、调速性能好、无换向火花及无励磁损耗等诸多优点被大量应用于家电、交通、医疗器械、数控机床及机器人等领域，现代工业的快速发展对无刷直流电机控制系统的性能要求也越来越高。可以预见，随着永磁材料和电力电子器件价格进一步的降低，无刷直流电机驱动理论的研究不断深入，无刷直流电机的应用前景将更加广泛。 本文通过阅读大量文献资料，介绍了无刷直流电机的发展现状、研究动态及工作原理等。在控制策略上，采用了基于智能控制思想的模糊控制，其特点是不依赖于对象模型，利用制定的控制规则进行了模糊推理从而获得合适的控制量。运用Matlab/Simulink对控制系统进行了建模和仿真，其中速度环采用模糊PI调节，电流环采用传统的PI调节，为后面的实验提供了理论分析的基础。 结合无刷直流电机的结构，利用电机内部的霍尔元件检测转子位置。根据模糊控制器的设计方法，给出了模糊控制查询表。采用TI公司的数字信号处理器TMS320F2812作为主控芯片，在硬件上设计了整流电路、逆变电路、驱动电路、调理及保护电路等；在DSP软件开发环境CCS下，采用C语言和汇编语言进行了混合编程，实现了转子位置信号的读取、PWM波的产生、AD采样、速度模糊PI调节及电流调节等功能。 通过对整个控制系统的软硬件联合调试，进行了相关实验。相对传统的控制系统，采用模糊PI控制的系统具有响应速度快、超调量小、稳定性好等优点。实验结果表明了无刷直流电机模糊控制系统设计的正确性。最后对整个设计进行了总结，对后续的工作给出了自己的见解。
上传时间： 2013-04-24
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永磁同步电机是同步电机的一个重要类型，其转子一般采用稀土永磁材料做激磁磁极，与传统同步电机相比，体积和重量大为减小，而且结构简单，运行可靠，维护更方便。现代电气传动控制的发展趋势之一是开发新的交流调速与伺服系统。无论在矢量控制还是标量控制中，转速与位置的闭环控制都需要在电机轴上安装一个速度传感器，但是由于速度传感器的引进不仅增加了成本，降低了系统可靠性，还存在安装问题，效果并不十分理想。因此高性能无速度传感器控制成为近年来电机研究的热点。 本文在系统介绍卡尔曼滤波器的基础上，将其引入到永磁同步电机无速度传感器状态观测中。由于永磁同步电机是一个强耦合的多阶非线性系统，本文采用了工程实际中普遍采用的泰勒展开式截断的方法，对电机方程线性化处理，将卡尔曼滤波算法推广至非线性系统，并加入了反映电机系统模型误差和环境干扰的系统噪声和测量噪声模型，形成扩展卡尔曼滤波算法。扩展卡尔曼滤波器将电机转子位置与转速作为系统状态变量进行实时估算，并将所得信息反馈到永磁同步电机控制系统中。通过仿真，与电机实际运行状态进行比较，证明了扩展卡尔曼滤波具有良好的动态跟踪能力和抗噪声能力。 针对扩展卡尔曼滤波算法在无速度传感器控制中存在的不足，本文给出了降阶线性卡尔曼滤波算法。降阶线性卡尔曼滤波算法重新选择了系统状态变量，建立新的完全线性化的系统方程，并且卡尔曼滤波算法中的系统协方差矩阵成为时不变序列，因此可以直接应用线性卡尔曼滤波算法。仿真结果证明，与扩展卡尔曼滤波算法相比，新的算法更加简单，减轻了繁重的参数调节任务，易于数字化实现，不仅具备扩展卡尔曼滤波算法的优势，而且在某些性能方面超越了扩展卡尔曼滤波算法。 通过分析得知，由于将系统模型不确定性与测量噪声体现在系统方程中，因此卡尔曼滤波算法在状态估算方面具有良好的性能。本文以降阶线性卡尔曼滤波 算法为理论基础，以永磁同步电机为对象，以数字信号处理器（DSP）为核心，设计了电机状态观测系统的设计方案。整个方案在不增加成本的基础上，充分利用数字信号处理器（DSP）丰富的资源和强大的运算能力，通过检测电机相电流，实时估算出电机转子位置与转速。本系统可以代替传统速度传感器，为电机控制系统提供转子位置和转速反馈信息。本文的下一步主要工作便是将此系统付诸实践，应用于实际工程中，对卡尔曼滤波算法在永磁同步电机无速度传感器控制方面的性能进行进一步研究。关键词：永磁同步电机；无速度传感器；卡尔曼滤波
上传时间： 2013-04-24
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在能源枯竭与环境污染问题日益严重的今天，风力发电已经成为绿色可再生能源的一个重要途径。双馈电机变速恒频(VSCF)发电是通过对转子绕阻的控制来实现的，而转子回路流动的功率是由发电机运行范围所决定的转差功率，因而可以将发电机的同步转速设定在整个运行范围的中间。如果系统运行的转差率范围为±30％，则最大转差功率仅为发电机额定功率的30％，因此交流励磁变换器的容量可大大减小，从而降低成本。该变换器如果加上良好的控制策略，则系统运行将具有优越的稳态和暂态运行性能，非常适用于风能这种随机性强的能源形式。本文对变速恒频双馈机风力发电系统的若干关键技术，如空载柔性并网、带载柔性并网、解列控制、最大功率点跟踪、电网电压不平衡运行、低电压故障穿越等问题进行了深入研究，论文的主要工作如下： 根据交流励磁变速恒频风力发电的运行特点，将电网电压定向的矢量控制方法应用在双馈发电机的并网发电控制上。研究了一种基于电网电压定向的双馈机变速恒频风力发电柔性并网控制策略，在变速条件下实现无电流冲击并网和输出有功、无功功率的解耦控制，建立了交流励磁发电机柔性并网及稳态运行的控制模型，对柔性并网及其逆过程的解列分别进行了仿真和实验研究。 提出了一种以向电网输送净电能最多为目标的最大功率点跟踪控制策略，在不检测风速情况下，能够自动寻找并跟随最大功率点，且不依赖风力机最佳功率特性曲线，提高了发电系统的净输出能力，具有良好的动、静态性能。仿真和实验结果证明了本控制策略的正确性和有效性。 对网侧变换器分别进行了幅相控制和直接电流控制策略的研究。结果表明：幅相控制策略简单实用，可以得到正弦波电流，且波形谐波小，实现了单位功率因数运行，但响应速度相对较慢；而直接电流控制策略具有网侧电流闭环控制，使网侧电流动、静态性能得到提高，实现对系统参数的不敏感，增强了电流控制系统的鲁棒性，但算法相对复杂。 在电网不平衡条件下，如果以传统的电网电压平衡控制策略设计PWM整流器，会使系统出现不正常的运行状态。为了提高三相PWM整流器的运行性能，本文对电网电压不平衡情况下三相PWM整流器运行控制策略进行了改进，研究了消除负序电流和抑制输入功率二次谐波的控制策略，实现了线电流正弦、负序输入电流为零及总无功功率输入为最小的目标。 为了提高VSCF风力发电系统的运行能力，本文对电网故障时双馈风力发电系统低电压穿越控制(LVRT)进行了研究，在不改变系统硬件结构的情况下，通过改变励磁控制策略来实现LVRT；在电网故障时使电机和变换器安全穿越故障，保持不脱网运行，提高系统的稳定性和安全性。
上传时间： 2013-07-09
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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。
上传时间： 2013-04-24
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在能源消耗日益增长、环境污染日渐严重的今天,在当今对可再生能源的开发利用中,风能由于其突出的优点而成为世界各国普遍重视的能源,风力发电技术也成为各国学者竞相研究的热点.而其中变速恒频风力发电技术因其高效性和实用性正受到越来越多的重视.无刷双馈电机是一种结构简单、坚固可靠、异同步通用的电机,可在无刷情况下实现双馈.它具有功率因数可调、高效率的特点,比较适用于变速恒频恒压发电系统中.该文在传统风力发电的基础上,致力于研究变速恒频风力发电技术,以作为变速恒频风力发电机用的笼型转子型式的无刷双馈电机为主要研究对象,进行了深入的研究,主要包括以下几方面:1.对国内外风力发电研究现状作了较为全面的综述,介绍了无刷双馈电机发展概况和国内外研究现状.2.研究了无刷双馈电机的原型及发展,基本结构和运行原理,电磁设计特点.解释了将无刷双馈电机应用于变速恒频风力发电的可行性和优越性.探讨了无刷双馈电机的特性.3.首次推导了适用于变速恒频风力发电无刷双馈电机的功率控制数学模型提出无刷双馈电机变速恒频风力发电系统的功率控制策略.通过仿真分析验证了模型和控制策略的正确性.4.研究了无刷双馈电机作变速恒频风力发电机运行时的定子功率绕组磁链定向矢量控制策略.5.在总结无刷双馈电机传统各种控制策略的基础上,探讨了智能控制在无刷双馈电机的应用.通过仿真分析验证了模糊功率因数控制策略的正确性.
上传时间： 2013-06-24
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永磁同步电机(PMSM)是一种性能优越、应用前景广阔的电机。永磁同步电机调速系统是以永磁同步电机为控制对象，采用变压变频技术对电机进行调速的控制系统。因其具有能耗低、可靠性高、控制精确等优点，在许多领域得到广泛的应用。然而，转子无阻尼绕组的PMSM的采用变频技术开环运行时，系统不太稳定，电机效率有所下降，转子温升高，易造成钕铁硼永磁体退磁，危及电机安全运行，有时甚至还会出现失步现象，系统无法运行。PMSM控制系统稳定运行控制都是建立在闭环控制基础之上的，因此如何获取转子位置和速度信号是整个系统中相当重要的一个环节。当前，在大多数调速驱动系统中，最常用的方法是在转子轴上安装位置传感器。但这些传感器增加了系统的成本，降低了系统的可靠性和耐用性。因此，在一些特殊及控制精度要求不很高的场合，无传感器控制将会得到广泛的应用。它通过测量电动机的电流、电压等可测量的物理量，通过特定的观测器策略估算转子位置，提取永磁转子的位置和速度信息，完成闭环控制。本文以无位置传感器PMSM控制系统作为研究对象，介绍了永磁同步电机的结构及其数学模型，详细地阐述了空间矢量脉宽调制(SVPWM)技术的理论基础及其波形的产生机制，并对闭环控制策略进行了研究。鉴于数字信号处理器(DSP)TMS320LF2407控制芯片出色的性能和丰富的外设资源，使用该芯片设计了控制系统的硬件系统和软件系统，通过对整个控制系统的试验调试，实现了永磁同步电机的无位置传感器控制。 本文借助于MATLAB建立了永磁同步电机的仿真数学模型，并根据空间矢量脉宽调制的工作原理，构建了永磁同步电机调速控制系统的仿真模型。系统采用αβ定子静止坐标系下的数学模型，依据滑模变结构控制原理，对永磁电机的转子位置角θe和转速ωe进行实时在线估算，不断修正估算位置^θe，控制定子旋转磁场与转子磁场垂直并保持与转子同步旋转，实现电机的闭环调速运行。理论分析和仿真结果表明，所提出的永磁同步电机无传感器控制方法具有较强的鲁棒性和令人满意的性能。
上传时间： 2013-04-24
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音圈电机(VoiceCoilMotor，简称VCM)是特种直线电机，其工作原理与扬声器的音圈类似。其最突出的特点是体积小、重量轻，动作速度快，可以达到很高的定位精度，推力均匀。自从问世以来，广泛的应用在计算机存储设备、航天仪器(例如航天制冷机)、精密测距仪器(例如霍尔位移测量装置)、精密车床以及移动电话中。目前，生产出的VCM电机广泛应用于消费类和生产类市场，特别是高档家用电器和计算机中。 针对目前我国VCM结构设计的不足及工艺的落后，本文结合现有的加工工艺，研究永磁VCM的设计及结构优化，具体内容如下： 首先，介绍VCM工作原理，以及内磁式与外磁式、长音圈与短音圈、动圈式与动铁式、直线式与摇臂式等不同结构VCM及相应特点，阐述了力矩常数的意义及其对电机性能的影响，并详细介绍了VCM在光盘驱动器、硬盘驱动器，以及在电刷试验台(提供静压力)中的典型应用。 其次，从电机电磁场的基本理论出发，介绍有限元及其在电磁场仿真计算中的应用，并采用有限元软件ANSYS，结合实际算例，对VCM进行建模和仿真。 再次，文中详细介绍了永磁VCM的设计过程，提出了设计方法以供参考，其中包含了定量计算，包括了永磁体材料的选择、体积的计算，音圈的设计(匝数计算及选型)，以及电机整体的机械结构设计。 最后，结合设计VCM应当遵循的原则，提出了若干结构优化设计方案。在理论推导和分析的基础上，结合仿真软件ANSYS，对几种结构分别进行了电机电磁场以及电机性能的仿真分析，其中包括：采用钕铁硼永磁的单励磁结构VCM与传统铁氧体VCM的性能差异；增加极靴对VCM性能影响；增加短路环及变换结构对VCM动态响应速度的影响等。
上传时间： 2013-06-10
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永磁同步电机(PMSM)是一种性能优越、应用领域广阔的电机，其传统的理论分析与设计方法已比较成熟。它的进一步推广应用，在很大程度上有赖于对控制策略的研究。实践中，使用通用变压变频(VVVF)变频器来驱动没有阻尼绕组的永磁同步电动机开环运行时，有时电机的运行频率超过某一频率，系统就会变得不稳定，甚至导致系统失步。本文研究了无位置传感器的永磁同步电机的速度控制问题。 论文提出了一种将推广卡尔曼滤波(EKF)原理应用于永磁同步电机无位置传感器调速系统的方法。对永磁同步电机的数学模型和卡尔曼滤波原理作了详细的分析，在dq转子同步坐标系中应用推广卡尔曼滤波算法，对永磁同步电机的转角和转速进行实时在线估计。所选取的滤波算法只需测量电流和逆变器直流母线电压，具有不改造电机、可靠性高和经济耐用的优点。利用在线估计出的转速和电流实现转速电流双闭环的永磁同步电机矢量控制。同时还提出了基于磁饱和原理的永磁转子初始位置的检测方法。针对转子磁场定向方式及矢量控制方案，采用了空间矢量脉宽调制方法对系统进行控制，此方法可以输出任意给定位置的电压矢量，在不增加功率管开关频率和不增加系统复杂性的前提下，明显提高电机的调速性能。 在Matlab6.5环境下进行的系统仿真实验表明，所提出的位置估计算法和控制方法具有优良的转角跟踪特性和速度控制性能，同时系统具有较强的抗负载扰动性能和较好的鲁棒性。实验结果表明本文的方法达到了预期的效果。
上传时间： 2013-04-24
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