超声波电机(Ultrasonic motors，简称USM)是一种全新原理的直接驱动电机，它利用压电陶瓷逆压电效应激发的超声振动作为驱动力，通过定转子间的摩擦力来驱动转子运动。与传统的电磁电机相比，它具有低速大转矩、无电磁干扰、动作响应快、运行无噪声、无输入自锁等卓越特性，在非连续运动领域、精密控制领域比传统的电磁电机性能优越得多。超声波电机在工业控制系统、汽车专用电器、精密仪器仪表、办公自动化设备、智能机器人等领域有广阔的应用前景，近年来倍受科技界和工业界的重视，成为当前机电控制领域的一个研究热点。 本文主要以行波型超声波电机的驱动控制技术为研究对象，引入嵌入式系统理念，设计并制作了超声波电机的驱动控制系统，并对超声波电机的速度与定位控制做了深入的研究。本文主要研究内容及成果如下： 介绍了超声波电机的工作原理、特点及其应用前景，总结了国内外超声波电机驱动控制技术的发展历史和研究现状，以及今后我国超声波电机驱动控制技术的发展方向，明确了本文的研究内容。 结合嵌入式系统特点及其开发方法，详细介绍了超声波电机嵌入式驱动控制系统的硬件和软件设计过程，并总结了硬件、软件的调试过程。最后，对所设计系统性能进行了实验测试和数据分析。 采用DDS技术解决超声波电机所需要的高频驱动电源和数字控制的问题。本文设计的以ARM控制器为核心，频率、相位、幅值均可调的双通道信号发生器，具有频率和相位差控制精度高的特点。 本文介绍了速度与位置的常用控制策略。设计并搭建了基于增量式PID的速度和基于模糊PID的位置控制系统。速度控制采用增量式PID调节，其控制策略简单、易行，通过实验选择合适的参数能适应一般的控制精度要求。定位控制则采用模糊PID控制策略，该策略将模糊控制不需要精确的数学模型、收敛速度快的特点与PID简单易行、能消除稳态误差的优点相结合，改善了模糊控制器稳态性能，使电机定位控制精度达到0.0880。
上传时间： 2013-07-16
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针对现代中低压电网电能质量的监测及谐波治理的需要，论文综合运用嵌入式技术、现代信号处理技术、虚拟仪器技术设计了一种新型低功耗、集成化的电网参数监测仪。此系统实现了对三相电网相/线电压、电流、有功功率、无功功率、视在功率、电网频率、功率因数以及三相电压、电流的31次以内谐波的实时监测。 论文分析了基于微处理器的电力系统基本参数的测量原理；对被测信号的交流参量通过抽样方法获得，由多点的抽样数据统计得到的结果可以减小随机误差的影响；基于DFT和FFT的谐波测量原理，将FFT应用于谐波分析获得信号的频域参数；针对谐波测量中的混叠误差设计了二阶抗混叠滤波器；分析了非同步采样和对非时限信号的截断造成的频谱泄露和栅栏效应及其对谐波测量精度的影响。讨论了常用的几种窗函数对频谱泄漏的抑制作用，在此基础上选择加海明窗对采样信号进行处理；针对DDS具有高精度频率合成的特点，将其应用到电网信号的采样上，提高了采样的同步性，使得测量精度满足了系统的要求。上述方法需要大量快速的迭代运算，系统微处理器选用了32位ARM芯片LPC2132，提高了系统的数据处理能力和实时性。系统供电电源采用了开关电源、减小了体积，提高了效率；完成了下位机数据采集部分、二阶抗混叠滤波器、测频电路及通信模块电路的设计；最后介绍了软件设计部分，主要包含了数据采集的实现过程，FFT程序的设计，给出了各部分程序的流程图；系统上位机软件设计了电网数据处理程序，该软件以LabWindows/CVI6.0为开发平台，利用CVI丰富的库函数，完成对数据的处理、显示和记录等工作，并采用双线程运行模式，在数据采集和处理的同时完成了显示、命令的发送和运行曲线等功能。 按上述方案设计的样机经过三次电路制作与软件调试，主要技术参数达到了设计要求，通过了实验室测试，目前正在电力系统谐波治理系统中进行工业实验。
上传时间： 2013-04-24
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本课题针对当前煤矿企业对水的依赖性和企业自身发展对水源的需求等实际问题，研制了基于ARM的煤矿水源井监控系统。 论文主要介绍了监控系统监控终端（RTU）的硬件设计、软件算法设计以及通讯技术、电机的保护原理和监控系统上位机的软件设计。 监控终端（RTU）的算法设计方面，针对系统数据信号的特点和系统分析的需要，对水位、流量、出水口压力采用直流采样，对相电流、相电压采用交流信号采样。对采样后的数据进行数值分析和计算，获得了高精度的煤矿水源井参数的测量和系统的控制。 通讯部分采用的是具有接收灵敏度高、频率稳定、传输效率高等优点的无线数传电台与RS-232组成无线网络，实现了数据的上下传输。 监控终端（RTU）的硬件设计方面主要采用ARM芯片作为监控分站的终端处理核心，实时检测水源井的水位，出水口压力、流量等参数。实时显示水源井各参数的动态特性，并查看水位的历史变化。同时，ARM处理器通过互感器对数据采集处理后，可计算出水泵电机的三相电流、电压的实际值，根据电机的相序电流、电压的大小，可对电机实时有效的微机保护。并根据监控中心命令进行相应的数据处理和数据传送。 监控终端软件方面主要考虑到时实采样的准确性，uClinux系统在ARM系统上数据处理的快速性与实时性，以及与监控系统软件的通信显示方面的可行性与有效性。 系统监控的软件利用VC++6．0中的编程进行实时数据的采集处理和控制、数据的实时显示、报表打印和报警等功能。通过ADO对象和SQL Sever，与windows系统上的数据库服务器进行实时数据的交互。
上传时间： 2013-05-16
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磁通反向电机(FRM)是一种新型的双凸极永磁(DSPM)电机,它把高磁能的永磁体放在定子极的表面,永磁体易于安装.随着转子旋转,FRM定子绕组所交链的永磁磁通改变极性,这意味着比磁通脉振产生更大的磁通变化.由于FRM的绕组利用率高、结构简单、转动惯量小及适于高速运转等优点,可广泛应用于汽车制造业、航空航天等工业领域.本文将从模型建立、分析方法、性能分析等方面对该电机进行深入研究.首先,为了解FRM基本理论和掌握其基本规律,写出FRM的基本方程式;由于电机的双凸极结构以及饱和和非线性的影响,整个系统为一强非线性系统.对该电机作适当简化,建立其线性数学模型,这样有利于对FRM的定性分析,弄清其内部的基本电磁关系和基本特性.讨论了绕组电感、绕组磁链、感应电动势及绕组电流、电磁转矩等静态特性,推导出FRM的功率密度计算公式.其次,为准确计算FRM性能,要考虑磁路饱和、铁磁材料的非线性以及永磁磁场与电枢反应磁场之间的相互影响等因素,要建立FRM的非线性模型,提出用变网络等效磁路法进行分析.具体方法是建立FRM的非线性变网络等效磁路模型,推导等效磁路中各部分磁导的计算公式,用节点磁位法建立相应的方程,通过求解该非线性等效磁路方程,得到磁路各部分的磁通分布,进一步求得静态特性,计算出电磁参数.然后用FRM样机的实验结果验证理论分析的正确性.样机的理论分析结果同实验结果进行比较表明,本文所介绍的FRM变网络等效磁路模型具有较好的精度及通用性,基于等效磁网络模型的FRM电磁计算是可行的,计算结果是正确的.最后对磁通反向汽车发电机的功率密度进行分析.导出了磁通反向汽车发电机功率密度的计算公式,分析了影响电机功率密度的因素,并与电励磁汽车发电机进行了比较.
上传时间： 2013-07-30
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本论文围绕大容量汽轮发电机的进相运行展开了研究工作。全文共分七章。第一章首先阐述了发电机进相运行的重要性和迫切性，对国内外相关方面的研究概况作了较为系统全面的综述，并对本论文的研究内容作了简单介绍。第二章给出了低频三维涡流电磁场的复边值问题，并介绍了复矢量场的一些理论基础。然后分别利用伴随算子和伴随场函数(广义相互作用原理)、最小作用原理和拉格朗日乘子法(广义变分原理)，建立了低频三维涡流电磁场中非自伴算子问题的变分描述。上述三种方法所得的结果与Galerkin法的结果完全一致。第三章介绍了圆柱坐标系下基于拱形体单元的三维稳态温度场有限元计算模型，并将变分法的结果与Galerkin法的结果进行了对比。第四章建立了汽轮发电机端部三维行波涡流电磁场的数学模型，在涡流控制方程中引入了罚函数项以使库伦规范自动满足，并应用广义相互作用原理导出了对应的泛函变分及其有限元计算格式。然后对多台大容量汽轮发电机端部的涡流电磁场进行了实例计算，并分析了罚函数项对数值解稳定性的影响以及影响端部电磁场的各种因素。第五章建立了大型汽轮发电机端部三维温度场的有限元计算模型，并应用传热学理论研究了散热系数、等效热传导系数等问题。然后求解了QFSS-300-2型汽轮发电机端部大压圈上的三维温度场分布，并与两台机组多种工况下的实测数据进行了对比。第六章介绍了二维稳态温度场的边值问题及其等价变分，导出了其有限元计算格式。然后求解了QFQS-200-2型汽轮发电机端部压圈上的温度分布，并与实测数据进行了对比。第七章首先定性研究了汽轮发电机从迟相运行到进相运行过程中不同区域上磁场强度的变化规律。然后介绍了发电机变参数数学模型，结合实测数据以及最小二乘回归分析计算了发电机稳态运行时的相关电气参数，并分析了发电机各物理量之间的相互关系。随后分析了不同工况下发电机端部结构件上的涡流损耗及温升的变化趋势。最后，利用发电机变参数模型给出了发电机的饱和功角特性、静稳极限以及运行极限图。
上传时间： 2013-07-10
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单相交流串励电动机由于启动转矩大、转速高、体积小等一系列的特点，在电动工具、家用电器，尤其是小家电和吸尘器上获得了十分广泛的应用。论文对单相交流串励电动机的发热和振动特性进行研究。 在第二章，通过讨论电机的发热理论及其影响因素，结合实际建立了数学模型，推导得出一个工程上比较实用的公式，用来计算马达堵转时的温升，还编写了一个电脑程序来仿真计算马达堵转时的温升。 在第三章，讨论了电机转子和支撑组成的振动系统在多自由度和各种情况下的振动。应用杜哈梅积分式和傅立叶分析法将机械振动和电磁干扰联系起来，将机械振动问题转化为二阶电路的问题来进行处理。并且提出观点：1.先测量出机械振动的频谱图或电磁噪音的Db-Freq频谱图，再用反傅立叶分解的方法将它们合成，得到周期性的激励的形状。2.由激励(力信号或电信号)所产生的波在弦内进行传播，信号经过衰减，辐射，在边界处反射，然后跟下一列波迭加，直到成为稳定的干扰信号。 在第四章，对样机进行测试，并和电脑仿真结果进行了比较。结果表明二者的偏差在2.5％以内。
上传时间： 2013-07-31
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横向磁通电机是近些年来出现的一种新型结构的电机，由于其转矩密度和功率密度大的优点受到了广泛的关注，但我国对该种电机的研究尚处于起步阶段。 本课题是国家863计划项目——“新型稀土永磁电机设计与集成技术(课题编号：2002AA324020)”中有关横向磁通永磁同步电动机的部分。本课题的目标就是要充分发挥横向磁通电机功率密度和转矩密度大的优点，克服其功率因数低的缺点，对横向磁通永磁同步电动机的磁场进行计算、分析，找出功率因数偏低的原因，并提出相应的改进方法和建议。在此基础上进行样机的研制，对理论成果进行验证，并力争样机在性能和工艺指标上有所突破，部分指标达到国际领先水平。 本文介绍了横向磁通永磁电机的特点及运行原理，并按照不同的分类方式介绍了横向磁通电机的各种结构。三维磁场的有限元计算十分复杂、计算量大，因此传统电机均采用简化的二维磁场进行计算。但是横向磁通电机由于结构特殊，无法采用简化的二维磁场的计算方法进行分析。因此本文利用ANSYS软件建立了样机模型，对样机进行了三维电磁场分析。在电磁场计算的基础上，进行了电机空载反电势，空载漏磁系数，电磁转矩等相关参数的计算，讨论了横向磁通永磁同步电动机的结构变化对参数的影响。本文特别针对横向磁通永磁电机功率因数较低这一问题进行了分析，找出了功率因数偏低的原因，提出了相应的改善方法和建议，对横向磁通电机的理论研究和设计应用分析方法进行了探讨。本文利用电磁场计算的结果，完成了电机运行特性仿真，克服了采用传统磁路等效的方法带来的误差。最后，通过与样机测试结果的对照研究，验证和完善分析方法，并为进一步获得性能更加优异的样机奠定了基础。
上传时间： 2013-04-24
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盘式永磁同步电动机属于轴向磁场电机，目前，该类电机在国外已经得到了迅速发展，作为一种现代高性能伺服电机和大力矩直接驱动电机己广泛应用于机器人等机电一体化产品中。由于该类电机具有重量轻、体积小、结构紧凑、转子无损耗、转子的转动惯量小、机电时间常数小、转矩/重量比大、低速运行平稳、可以制成多气隙组合式结构进一步提高转矩等特点，其在数控机床、机器人、电动车、电梯、家用电器等场合具有广阔的应用前景，是一种理想的驱动装置。 本课题作为国家863计划项目《新型稀土永磁电机设计及集成技术》2002AA324020中的一部分，该项目的主要工作是进行新型结构钕铁硼永磁电机——盘式无铁心永磁同步电动机的设计与集成技术研究，开发出一种新型钕铁硼永磁电机，解决相应的整机设计和集成技术问题。本文中提出的基于Halbach阵列的盘式无铁心永磁同步电动机是在盘式永磁同步电动机的基础上，将无铁心结构和Halbach型永磁体阵列应用到其中，从而使得电机的质量大为减轻，功率密度提高，振动噪声降低，效率提高。 基于Halbach阵列的盘式无铁心永磁同步电动机其磁路结构和电磁负荷分布与传统电机完全不同，常规电机的某些设计规则不能直接应用到该结构电机的设计当中，本文主要针对这种结构的电机进行了分析与计算。分析了不同结构Halbach阵列下的气隙磁场，以及相关参数的计算，给出了初步的样机设计数据，并对样机的加工工艺进行了探讨，在总结、借鉴相关电机设计方法的基础上，针对盘式无铁心永磁同步电动机自身的特点，编制了一套电磁计算程序，该程序还有待通过大量样机的试验，来总结和完善。 我国稀土资源丰富，然而，由于技术经济上的问题，国产永磁交流伺服电动机至今未能大量应用。与此同时，高性能的永磁交流伺服电动机及系统大量依靠进口，我国每年进口的工程装备当中，仅数控机床因国产电机和系统不能满足要求而每年需要进口的就达22亿美元以上。本项目的完成将改变这类产品主要依靠进口的局面，充分发挥我国稀土资源丰富的优势，其经济效益和社会效益是十分巨大的。
上传时间： 2013-04-24
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在交流伺服系统中,永磁同步电动机(PMSM)作为执行元件具有高效、节能、便于维修的特点,广泛应用于数控机床的进给伺服单元及机器人等需精确定位的装置中.由于PMSM驱动系统受电机参数变化、外部负载扰动、对象未建模和非线性动态特性等不确定性的影响,因此,采用并发展先进的控制技术,不断改善与提高位置伺服系统的稳态精度、动态响应特性及对系统参数变化的自适应性和抗干扰性是一个必然趋势.该文对PMSM的控制机理和特性作了较为深入的分析;建立了PMSM的数学模型,并采用了id=0的矢量控制策略;对控制系统组成及控制方式作了分析和比较,在此基础上建立了电流环、速度环和位置环的三闭环控制系统,对作为反馈主回路的位置环采用了模糊CMAC神经网络控制方法,该方法兼具模糊控制器的快速性和神经网络的自学习能力;构建了针对PMSM位置伺服系统的模糊CMAC控制器结构及其相应的算法;利用先进的计算机仿真工具(Matlab下的Simulink)对所提出的控制策略进行了数字仿真和分析;仿真和实验结果表明本文所提出的控制策略对PMSM位置伺服系统进行控制具有良好的鲁棒性能和快速性.该文首次提出将兼具快速性和自学习能力的模糊CMAC神经网络控制器应用于PMSM位置伺服系统中,可以说该文为发展高性能PMSM位置伺服系统提供了充分的技术资料,也为今后进一步提高其性能提出了新的思路和方法.
上传时间： 2013-04-24
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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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