电机优化设计是复杂的有约束、非线性、混合离散多变量规划问题.该文在对电机优化设计理论进行研究的基础上,从一般传统的优化方法入手,对电机的全局优化设计方法特别是遗传算法进行了详细的研究和探讨.该论文的主要工作包括:(1)对适应于电机优化设计的常用传统优化方法(HOOKE-JEEVES法、MDOD法和SUMT法)进行了较为详细的研究,给出了各种方法的计算流程和步骤;(2)对全局优化的理论和方法进行了研究,分析了全局优化方法中的随机实验法、模拟退火算法和模拟进化算法各自的特点,对遗传算法的工作原理及其诸要素进行了详细的探讨;(3)在对遗传算法的基本原理进行研究的基础上,进行了电机优化设计遗传算法的研究,分析了各要素对电机优化设计遗传算法性能的影响;(4)建立了三相异步电机多目标优化设计的数学模型,分别编制了基于HOOKE-JEEVES法、MDOD法和多轮进化遗传算法的电机优化设计程序,并对使用各种优化方法优化的结果进行了对比分析.
上传时间： 2013-04-24
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在分析现有的雕刻机数控系统优缺点基础上，结合高速数控技术的发展，提出了基于高性能DSP开发高性价比的雕刻机直流伺服控制系统的总体设计方案。围绕系统的总体设计方案，在插补算法研究方面，通过小线段高速加工速度衔接的递归数学模型的建立和速度轮廓曲线的修正，实现了具有前瞻功能的自适应插补算法。为了提高雕刻机的跟踪性能和定位精度，在直流伺服控制系统设计中引入了零相位误差跟踪控制器(ZPETC)，通过模型辨识、非线性摩擦补偿及干扰观测器的设计，克服了ZPETC存在的对系统建模误差和参数变化敏感的缺点。 在上述研究的基础上，搭建了以TMS320C2812型32位定点DSP为控制核心、以L6203为功率驱动模块、以小功率直流电机为执行机构的二维直流伺服实时运动控制硬件系统，且在DSP开发平台上完成了系统的所有软件开发。为了实现系统对高速数据通讯的要求，对DSP串口通讯实时性及提高措施进行了深入研究，提出了一种多缓冲区并行协作的方法，很好地解决了数据的实时通讯问题。系统联调实验结果表明：所设计的雕刻机直流伺服控制系统运行稳定、跟踪精度高，加工速度快，可广泛应用于数控雕刻机产品。
上传时间： 2013-04-24
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该文研究了无刷直流电机的无位置传感器控制问题、速度观测问题、速度控制问题和单片机控制技术.首先,该文分析了无刷直流电机电势平衡方程非线性产生的原因,设计了反电势过零点观测器间接观测转子位置,阐述了观测器的设计和极点配置方法,分析了观测误差产生的原因,介绍了消除转子位置信号干扰脉冲的原理和方法,在此基础上,提出了一种新的无刷直流电机无位置传感器控制方案,通过转子位置信号和霍尔位置信号的比较,验证了该方案的有效性.其次,针对无刷直流电机的速度检测和速度控制问题,分析了无刷直流电机的一种时变多输入-多输出（MIMO）模型,提出了模型的线性化技术,分析了影响电机速度控制的负载扰动,设计了速度观测器和鲁棒速度控制器,分别对其设计方案进行了阐述,通过仿真结果验证了理论分析的正确性,给出了具有实际指导意义的结论.最后,分析了无刷直流电机桥式驱动方式的特点和“端电压法”间接检测转子位置的原理,研究了“三段式”起动技术的转子定位、加速和切换问题,设计了桥式无位置传感器无刷直流电机的单片机控制系统,分别对系统各组成部分做了详细的分析,系统运行情况良好,各项指标满足设计要求.
上传时间： 2013-04-24
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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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本论文围绕提高高速变频电机设计水平和促进电机CAD技术发展这一主题，对高速变频电机电磁设计和电机智能设计方法进行了深入的研究。 1.分析了集肤效应对高速变频电机设计的影响。针对高速变频电机转子导体中集肤效应现象较为严重的特点，用有限元法对不同转子槽型在不同频率时的集肤效应进行了分析，并提出了一种利用有限元法的精确计算结果和人工神经网络的非线性映射能力计算电机转子集肤效应系数的新方法，能够快速有效的给出转子不同槽型不同频率时的集肤效应系数。 2.研究了电压型SPWM变频器输出时间谐波频谱以及调制参数对输出谐波的影响，为精确分析高速变频电机的谐波效应和选择适当的变频器提供参考。分析了时间谐波对高速变频电机效率、功率因数及输出转矩的影响，对提高高速变频电机设计精度具有指导意义。 3.从电磁设计的角度探讨了高速变频电机设计过程，所得出的结论对于高速变频电机设计具有指导意义。论文还提出了一个可以考虑时间谐波效应的高速变频电机分析模型，在此基础上编制了高速变频电机电磁仿真程序。 4.前人工作的基础上，进一步研究了人工智能技术在电机设计中的应用。针对电机设计不同阶段的特点，首次提出了面向电机设计过程的智能设计集成推理体系。 5.从设计过程优化的角度，研究了电机设计状态评价问题，建立了电机设计状态综合评价模型，能够对电机设计的不同层次、不同阶段及时进行设计状态评价。@ @ 6.研究了基于实例推理技术在电机初始方案设计过程中的应用，首次提出了一种基于知识引导和相似优先的混合型实例检索算法，给出了基于BP神经网络的实例相似度判定机制，可以提高检索效率。 7.针对传统电机调整设计专家系统的缺陷，提出了一种新型的基于神经网络推理机制的电机调整设计混合型专家系统模型，该模型将专家系统技术与神经网络、电机综合设计方法有效结合，具有并行推理和系统自学习能力，解决了调整设计过程中调整力度难以确定的问题。 8.论支还研究了基于遗传算法的电机优化设计方法。针对遗传算法中普遍存在的早熟收敛和搜索效率低的现象，提出了一种改进遗传算法一变焦自适应遗传算法，有助于提高优化效率和克服早熟。 9.在上述工作的基础上，首次提出了支持远程设计的电机智能设计集成平台的概念，给出了基于软总线和组件机制的平台实现模型。并对集成平台中电机模型集成技术、基于Objectorx的电机图形绘制技术和基于Web的远程设计支持技术等关键技术进行了讨论。
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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随着非线性负载在电网应用中的不断增加，给电网造成的谐波污染日益严重，已成为影响电能质量的重要因素之一。与无源滤波器相比，有源滤波器具有滤波特性好，受电网阻抗影响小，可同时补偿谐波和无功等优点，所以，有源电力滤波装置作为一项有效措施，被广泛地研究和应用。 本文首先介绍了谐波产生及其严重的危害性，综述了国内外电力系统谐波抑制技术的发展概况以及有源电力滤波器在谐波抑制中的应用前景。阐明了以DSP为核心控制芯片的有源电力滤波器数字控制系统的特点。介绍了有源电力滤波器的结构和工作原理，在瞬时无功功率理论的基础上设计了谐波电流的检测方案，提出了有源电力滤波器全数字化控制系统的实施方案，包括信号调理、过零检测、交流采样、锁相和滤波等，同时给出部分程序框图及程序和程序运行结果。为了进行更加深入的理论分析，本文在MATLAB的SIMULINK仿真环境下建立了有源电力滤波器系统的仿真模型，并对谐波电流检测方法进行了仿真对比。同时，重点进行了软件设计，包括数字锁相环、低通滤波器等，程序运行结果取得了令人满意的效果。 本文以三相并联有源电力滤波器为研究对象，设计了基于DSP芯片的数字化控制方案，该方案用一片DSP芯片TMS320F2812实现谐波指令电流计算和控制环节。并详细介绍了该控制方案的软件设计。 从目前国外的研究和使用情况来看，有源电力滤波器具有广阔的应用前景。本题目今后的重点发展方向是进行实用化研究。
上传时间： 2013-04-24
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由于直流调速的局限性和交流调速的优越性，以及计算机技术和电力电子器件的不断发展，异步电动机变频调速技术正在快速发展之中。在现代微机技术的快速发展下，计算机运行速度不断提高，指令的执行速度也达到了前所未有的高度，使得复杂算法应用计算机来进行实时运算、执行成为可能。经过最近十几年的应用开发，交流异步电动机的变频调速性能已经优于直流调速系统。 目前广泛研究应用的异步电动机调速技术有恒压频比控制方式、矢量控制、直接转矩控制等。本论文中所讨论的是异步电动机矢量控制调速方法，相对于恒压频比控制和直接转矩控制，它有动态性能和低速性能好、调速范围宽等优点。 本文对异步电动机的数学模型的建立进行了详细的分析和阐述。通过对异步电动机的动态电磁关系的分析以及坐标变换原理概念的介绍，建立了异步电动机在不同坐标系上的数学模型，指出了异步电动机的模型特点是一多变量、强藕合的非线性系统。 在对异步电动机的矢量控制原理进行阐述时，给出了矢量变换方法实现的步骤，并依次说明了三相异步电动机数学模型是如何解耦的。在论述了二相异步电功机的磁场定向原理后，介绍了转子磁链的计算方法并设计了转子磁链观测器。 详细地分析了磁通调节器，转矩调节器和转速调节器的工作原理，并设计了磁通调节器，转矩调节器，转速调节器。以DSP为控制核心，设计了异步电动机的矢量控制系统的硬件，并编制了软件程序。 运用MATLAB的工具软件SIMULINK对磁通闭环的矢量控制系统进行仿真，给出了仿真结果，并对仿真结果进行了分析。
上传时间： 2013-04-24
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直流偏磁是变压器的一种非正常工作状态，是指在变压器的励磁电流中出现了直流分量。在直流输电系统中，由于换流站的工作特性，有直流电流分量流过换流变压器的绕组，产生直流偏磁现象，这一现象将对换流变压器的正常运行产生不利的影响，如励磁电流发生畸变、变压器铁心损耗增加及铁心高度饱和引起的漏磁通增加。因此，从电磁场的角度分析这一现象是必要的。 由于铁磁材料的非线性，不能应用叠加原理分析直流偏磁时的励磁情况。为此，本文应用了二维瞬态场路直接耦合有限元法，借助大型有限元分析软件Ansoft，定量分析了在不同等级直流偏磁电流作用下，换流变压器空载运行状态下的励磁电流波形情况，结果表明，直流偏磁使铁心中的磁通密度发生偏移，对应的励磁电流波形呈现正负半波极不对称的形状，并且直流偏磁量越大励磁电流的畸变越严重。 在求出直流偏磁量与励磁电流峰值关系的基础上，应用一种基于铁心空载损耗数据的方法，定量分析了在不同等级直流偏磁电流作用下，换流变压器铁心损耗情况，结果表明，随着直流偏磁电流的增加，铁心损耗也会随之增加，这会导致铁心温升上升，严重时会导致铁心局部过热，影响变压器的正常运行。 在漏磁场分析中，讨论了变压器漏磁场的类型和作用，经过合理简化，建立了换流变压器二维漏磁场计算模型，应用二维瞬态场路直接耦合有限元法，分析了不同等级直流偏磁电流作用下，换流变压器漏磁场分布情况，结果表明，随着直流偏磁量的增加，不同位置处漏磁场分量的变化规律基本不变，但漏磁在增加，且不同位置漏磁分量增加的速率不同。
上传时间： 2013-06-25
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无刷直流电机(BLDCM)是随着电机控制技术、电力电子技术和微电子技术的发展而出现的一种新型电机。它是在有刷直流电机的基础上发展起来的。无刷直流电机具有交流电机的结构简单、运行可靠、维护方便等一系列特点，又具有直流电机的运行效率高、无励磁损耗以及调速性能好等诸多优点，在很多场合有广泛的应用前景，成为了国内外研究的热点。无刷直流电机传统的理论部分分析和设计方法已经比较成熟，因此对无刷直流电机控制策略的研究就显得十分重要。 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应用。在系统模型参数变化不大的情况下，PID控制性能优良。但在工业上有许多无法建立精确数学模型的复杂控制对象和非线性控制对象，若采用传统的PID进行控制的话，那么很难获得比较理想的控制效果。 对于无刷直流电机而言，它是一个多变量、强耦合的非线性系统，固定参数的PID调节器无法得到很理想的控制性能指标。基于以上原因，本文以无刷直流电机为控制对象，通过分析无刷直流电机的数学模型，以BP神经网络为基础，设计了应用于无刷直流电机的神经网络PID控制器。 在MATLAB平台上，先利用神经网络PID控制器，给出相应的控制算法，对典型的参数时变非线性系统的控制进行了仿真研究。仿真结果表明，同传统PID控制器相比，神经网络PID控制器对模型、环境具有较好的适应能力与较强的鲁棒性，有效的改善了系统的控制结果，达到了预期的目的。随后利用SIMULNK建立了无刷直流电机控制系统的仿真模型。分别采用普通PID控制器和神经网络PID控制器对电机的不同运行状况进行了仿真分析。仿真结果验证了所建模型的正确性，并证明了神经网络控制的优越性。
上传时间： 2013-08-04
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