步进电动机是工业控制中常用的一种电机，其最大的优点是可以进行开环控制，无需位置和速度传感器，并且具有很高的精度，因而在办公设备和数控系统中获得了广泛的应用。混合式步进电机综合了反应式和永磁式步进电机的优点，具有很高的效率和运行精度，性能优异，是本文的研究对象。然而，采用传统控制方法进行开环控制的步进电机，运行噪声大、易振动，严重时将导致失步。 实践证明，细分控制可以有效的减小步进电机运行中的振动和噪声，增加电机运行的平稳性。由于混合式步进电机的运行原理类似于同步电机，因而可以借鉴同步电机先进的控制方法来控制混合式步进电机。本文将同步电机常用的矢量控制应用到混合式步进电机控制中，实现了混合式步进电动机步距角的任意细分控制，取得了良好的效果。 文章分析了三相混合式步进电动机的工作原理，在忽略一些非线性因素的前提下，建立了三相混合式步进电机理想的数学模型，并根据数学模型提出了相应的控制方案。 以数字信号处理器TMS320LF2403A为核心，设计了三相混合式步进电机驱动器的硬件和软件。数字PI调节器和空间矢量PWM技术是本控制系统的核心，文中详细介绍了PI调节器和空间矢量PWM的原理及数字化实现。 最后介绍了系统的实验装置。实验结果证实了控制方案的可行性，也表明了本课题设计的控制器具有优良的性能。
上传时间： 2013-08-05
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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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低压电器电弧运动过程三维成像理论及运动机理研究在国内外取得了一定的进展，但作为一种新型电弧研究方法，特别是对电弧运动可视化方面的研究尚处于起步阶段，其技术涉及到电器学、数值计算、图像处理、计算机科学等众多学科领域，加之电弧复杂的非线性特性及其瞬时特性，导致测量研究的困难，在电弧机理、性能分析和模型设计等方面都还不够成熟、完善。所以，在电弧模型理论研究、电器电磁机构的三维有限元分析、电器的计算机辅助设计、电弧动态特性研究等方面，存在大量的工作要做。对这些问题的深入研究，可以更好地认识电器触头在整个运动过程中极其复杂的电、热、磁、机械等一系列现象。 为了从不同角度观察分析电弧在灭弧室中的动态运动过程，本文在研究开关电器电弧图像增强及运动过程三维可视化的基础上，分析电弧形成机理、电弧特性和运动形态的基本理论，进一步考虑其模型特性和电弧等离子体磁压缩效应，建立其运动数学模型。电弧图像需要的处理主要有：图像数字化、图像平滑、图像分割、图像边缘检测、图像增强。本文提出一种基于小波变换的图像增强和直方图的图像增强算法，在保留电弧弧柱强特征的同时，突出显示电器动触头图像特征使增强后的电弧图像适合人类的视觉特征，为电弧动态过程分析和电弧可视化模型的构建提供有效的分析基础，并取得良好的电弧图像增强效果。本文构造了基于比色测温原理的电弧辐射拾取、图像采集、同步控制、数据处理等硬件装置，对试验采集装置进行了标定；将医学上成功应用的计算机层析成像理论，应用于对电弧进行三维温度场重建的研究，构造可单面阵CCD采集三组六路投影辐射强度的实验装置，通过对触头边缘检测的手段精确定位于不同光路中电弧的位置，对辐射拾取光路进行校准，编制了系统软件，实现电弧三维温度场的重建。研究数学模拟计算方法，提出了适合低压电器电弧数学模型计算的方法。用计算机求解获得以前依靠实验才能获得的开断波形及运动过程，将理论分析、试验研究和计算机仿真有机结合起来，使产品设计更加科学和准确，可以大大减少设计周期，减少试验的盲目性和费用，有利于提高电器产品的技术性能，对于新产品开发，优化灭弧室设计及模拟实验，具有十分重要的意义。
上传时间： 2013-04-24
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异步电动机变频调速系统的频率范围、动态响应、调速精度、低频转矩、工作效率等方面具有很大优点。随着电力电子技术和计算机技术的飞跃发展，以此为基础的交流电机变频调速技术也取得了长足的进步，基于SVPWM的异步电动机矢量控制系统作为现代交流传动控制的一个重要研究方向，逐渐成为研究的热点。 异步电动机调速系统是一个多变量、强耦合的非线性系统，虽然常规的PID控制算法简单、可靠性高，但对于异步电动机这样的非线性系统控制效果一般。模糊控制作为智能控制的一个重要的分支，由于不需要建立对象的精确数学模型，且具有良好的鲁棒性和非线性的控制特性，非常适用于异步电动机调速系统。本文以提高异步电动机的调速精度和改善电动机的使用效率为目标，基于SVPWM的控制原理，分别采用传统PID控制器和模糊PID控制器，应用在异步电动机的调速系统中。 本文首先介绍了异步电动机调速方法和逆变器的PWM控制方法。并阐述了矢量控制、坐标变换、空间电压矢量调制的基本原理，给出了异步电动机在不同坐标系下的数学模型，为设计异步电动机矢量控制系统奠定了基础。同时给出了传统PID控制器和模糊PID控制器模型。为验证控制效果，文中基于MATLAB/Simulink平台，建立了控制器的计算机仿真模型，给出了仿真结果，并对结果做了详细的分析。比较了传统PID控制和模糊PID控制的效果，由仿真结果可以看出采用模糊PID控制算法具有较大的优越性。 最后，以TI公司的DSP控制芯片TMS320F2812为控制核心，设计了异步电动机的控制系统，硬件系统主要包括主电路、功率驱动电路、电压、电流检测电路等电路。另外设计了控制软件，并给出了软件的流程图。通过实验测得的波形，验证了控制方法的正确性和有效性。
上传时间： 2013-05-17
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逆变电源的发展是和电力电子器件的发展联系在一起的，随着现代电力电子技术的迅猛发展，逆变电源在许多领域的应用也越来越广泛，同时对逆变电源输出电压波形质量提出了越来越高的要求。逆变电源输出波形质量主要包括三个方面：一是输出稳定精度高；二是动态性能好；三是带负载适应性强。因此开发既具有结构简单，又具有优良动、静态性能和负载适应性的逆变电源，一直是研究者在逆变电源方面追求的目标。本文对逆变电源三闭环控制方案、输出相位控制、逆变电源数字化控制系统进行研究，以期得到具有高品质和高可靠性的逆变电源。 本文研究了单相全桥逆变电源与三相桥式逆变电源主电路参数，包括逆变器、吸收电路、驱动电路、变压器和滤波器，并对逆变电源变压器的偏磁产生原因进行了深入分析，最后给出了有效的抗偏磁措施。针对三相桥式逆变电源通常不能保证三相电压输出平衡，研究了一种可以带不平衡负载的三相逆变电源。研究了逆变电源的控制原理，建立了逆变电源系统动态模型，在此基础上对逆变电源的各种控制方案的性能进行了对比研究，从而确定了一种新颖的高性能逆变电源多闭环控制方案。另外，针对逆变电源输出相位存在固有滞后问题，采用了一种利用电压瞬时值内环对逆变电源滞后的相角进行补偿控制的策略，分析表明上述控制策略虽然有效，但无法做到输出相角稳态无差，对此，提出一种移相控制方案设想，相当于在原多环控制方案的基础上加了一个相位控制环。这样可以使逆变电源输出相位误差得到有效的补偿，输出相位精度更高。文章设计了逆变电源数字控制系统，采用TMS320LF2407A控制产生SPWM波，给出控制系统DSP程序运行流程图，并用DSP对其进行了实现数字化。多环反馈控制系统的采用，使系统具有优异的稳态特性、动态特性和对非线性负载的适应性，使逆变电源的性能得到有效提高。
上传时间： 2013-04-24
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射频功率放大器存在于各种现代无线通信系统的末端，所以射频功率放大器性能的优劣直接影响到整个通信系统的性能指标。如何在兼顾效率的前提下提高功放的线性度是近年来国内外的研究热点，在射频功率放大器的设计过程中这是非常重要的问题。 作为发射机末端的重要模块，射频功率放大器的主要任务是给负载天线提供一定功率的发射信号，因此射频功率放大器一般都工作在大信号条件下。所以设计射频功率放大器时，器件的选型和设计方式都和一般的小信号放大器不同，尤其在宽带射频功率放大器的设计过程中，由于工作频带很宽，且要综合考虑线性度和效率问题，所以射频功率放大器的设计难度很大。 本文设计了一个工作频带为30-108MHz，增益为25dB的宽带射频功率放大器。由于工作频带较宽，输出功率较大，线性度要求高；所以在实际的过程中采用了宽带匹配，功率回退等技术来达到最终的设计目标。 本文首先介绍了关于射频功率放大器的一些基础理论，包括器件在射频段的工作模型，使用传输线变压器实现阻抗变换的基本原理，S参数等，这些是设计射频功率放大器的基本理论依据。然后本文描述了射频功率放大器非线性失真产生的原因，在此基础上介绍了几种线性化技术并做出比较。然后本文介绍了射频功率放大器的主要技术指标并提出一种具体的设计方案，最后利用ADS软件对设计方案进行了仿真。仿真过程包括两个步骤，首先是进行直流仿真来确定功放管的静态工作点，然后进行功率增益即S21的仿真并达到设计要求。
上传时间： 2013-07-28
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本文以单元机组协调控制系统为研究对象，在分析了协调控制系统特性的基础上，总结了实际运行的协调控制系统中存在的问题和影响控制效果的原因。把汽包锅炉单元机组简化为一个具有双输入、双输出的被控对象以及做了一些合理假设的前提下对协调控制系统建立的动态数学模型进行分析。 从快速满足电网负荷指令的需求，抑制各种干扰，保证机组的稳定运行的中心任务出发，首次提出采用智能PID控制器作为汽机的主控制器，解决常规单自由度PID控制器不能兼顾目标跟踪特性和抗干扰特性的问题，并在一定程度上解决了协调控制系统对锅炉前馈回路过分依赖的问题。 针对锅炉对象大迟延特性，利用模糊预估策略对过程的输出进行预测。补偿了锅炉侧纯延迟带来的不利影响；而且还具备了模糊控制不依赖于系统的数学模型，具有对系统参数变化不敏感，对于非线性、时变时滞等特性，呈现出较好的鲁棒性等特点，当出现较大的误差时，可以把系统从很大的偏离中拉回来，提高了系统的响应速度和安全性。仿真试验表明采用模糊预估能够降低系统的超调，取得较好的控制效果。 由于单元机组中的锅炉与汽机为强耦合系统，为了实现一对一的单一控制，决定采用神经网络多变量解祸控制，通过仿真证明，达到了很好的解耦效果。 为了从全局上优化系统的控制行为，采用模糊控制策略对锅炉和汽机的指令进行智能化的调整和约束。根据不同的负荷阶段、主要参数的变化情况及时调整有关的指令，使协调控制系统向着有利于全局优化的方向调节。 本文将神经网络、模糊控制思想引入协调控制系统，并在此基础上构造神经网络、模糊自适应控制的智能PID控制方案。通过理论分析和仿真实验证明了这一控制方法在电厂协调控制系统中的实用价值，和传统的PID控制比较，这种智能控制算法有效的提高了负荷的响应速率，保证了系统的品质，取得了很好的控制效果。
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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本文分析了永磁同步直线电动机的运行机理与运行特性，并通过坐标变换，分别得出了电机在a—b—c，α—β、d—q坐标系下的数学模型。针对永磁同步直线电机模型的非线性与耦合特性，采用了次级磁场定向的矢量控制，并使id=0，不但解决了上述问题，还实现了最大推力电流比控制。为了获得平稳的推力，采用了SVPWM控制，并对它算法实现进行了研究。 针对速度环采用传统PID控制难以满足高性能矢量控制系统，通过对传统PID控制和模糊控制理论的研究，将两者相结合，设计出能够在线自整定的模糊PID控制器。将该控制器代替传统的PID控制器应用于速度环，以提高系统的动静态性能。 在以上分析的基础上，设计了永磁同步直线电机矢量控制系统的软、硬件。其中电流检测采用了新颖的电流传感器芯片IR2175，以解决温漂问题；速度检测采用了增量式光栅尺，设计了与DSP的接口电路，通过M/T法实现对电机的测速。最后在Matlab/Simlink下建立了电机及其矢量控制系统的仿真模型，并对分别采用传统PID速度控制器和模糊PID速度控制器的系统进行仿真，结果表明采用模糊PID控制具有更好的动态响应性能，能有效的抑制暂态和稳态下的推力脉动，对于负载扰动具有较强的鲁棒性。
上传时间： 2013-07-04
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应用于电动汽车驱动领域的永磁同步电机交流驱动系统是由永磁同步电机、电力电子技术和控制技术相结合而形成的新型交流驱动系统。因其具有良好的运行性能而成为当代电气传动领域研究的热点之一。 永磁同步电机是一个多变量、非线性、高强耦合的系统，其输出转矩与定子电流不成正比，而是复杂的函数关系，因此要得到好的控制性能，需要进行磁场解耦。矢量变换控制技术正好适用于永磁同步电机的这种特点。 本文在数字电机控制专用DSP芯片TMS320LF2407的基础上，以永磁同步电机为研究对象，对其矢量控制技术进行了研究和设计。 首先课题根据永磁同步电机实际物理模型，分析推导得到了永磁同步电机的三相静止坐标系下及两相旋转坐标系下的数学模型。 接着课题对永磁同步电机运行特性进行了分析和研究。在此基础上，课题提出了一种新型的永磁同步电机矢量控制系统，在这个系统上，课题提出了应用不同矢量控制策略的矢量控制方法，并对其做了仿真验证。 结果表明，课题设计的系统以及应用不同矢量控制策略的矢量控制方法准确可行。 这个控制系统便于实现多种矢量控制方法，为永磁同步电机扩速增效提供了理论平台。 在理论分析、仿真通过基础上，课题对驱动系统的硬件和软件两个方面进行了具体的设计。 课题完成了DSP控制系统关键硬件电路的设计，并设计制作了一块应用SCALE模块的IGBT驱动电路，此驱动电路响应迅速、抗干扰性强，驱动性能优越。此外，课题完成了永磁同步电机矢量控制系统全数字化设计，调试通过了速度位置检测、电流检测、PI调节、坐标变换等应用模块。 课题最后对整个系统的做了全面的总结，并对今后的工作方向进行了展望。
上传时间： 2013-06-22
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