高性能伺服控制系统日益广泛地应用于现代工业、家用电器和国防等各个领域。采用先进控制策略和全数字控制技术的永磁同步电机伺服系统，已成为高性能伺服系统发展的主流方向。应用在交流伺服系统上的背景技术不断进步，同时市场对伺服系统性能、成本及自适应能力的要求也不断提高。 本文从详细分析了永磁同步电机的数学模型和矢量控制的基本原理，选取了基于id=0转子磁场定向矢量控制方式，采用电压空间矢量（SVPWM）调制技术，建立了位置、转速、电流三闭环控制的永磁同步电机伺服系统。针对伺服系统在运行过程中参数变化及负载扰动等问题，深入分析了连续与离散系统滑模变结构控制器设计的基本原则和方法，将滑模变结构控制与矢量控制相结合，改进了基于趋近率的单段滑模面变结构控制，设计了适用于矢量控制位置伺服系统的分段式滑模变结构控制器。在Matlab/Simulink7．1仿真环境和以Freescale MC56F8346DSP为核心的实验系统平台进行了详尽的仿真和实验研究。结果表明本系统满足高性能伺服控制系统的基本要求，滑模变结构控制能够有效应用于矢量控制伺服系统并提高其鲁棒性。
上传时间： 2013-07-18
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绕组励磁同步电机具有功率因数可调、效率高等优点，在工业大功率场合获得了广泛应用，因此研究和开发高性能的绕组励磁同步电机驱动系统具有重大的经济价值和社会效益。目前开发高性能绕组励磁同步电机驱动系统所采用的控制方案主要有两种：一种是直接转矩控制（DTFC）；另一种是磁场定向矢量控制（FOC）。绕组励磁同步电机的矢量控制策略具有控制结构简单，物理概念清晰，电流、转矩波动小，转速响应迅速，易实现数字控制等优点。因此，在交流传动领域中，越来越受到学者的关注。但是，无论在国内还是国外，交直交型绕组励磁同步电机矢量控制系统的研究还缺乏全面深入的理论研究，还没有建造起矢量控制系统的理论体系构架。本文对绕组励磁同步电机矢量控制系统进行了初步的理论探讨，并进行了详细的实践研究，为以后更深入、广泛地研究此系统，打好坚实的基础。本论文主要研究内容如下： @@ 通过广泛的查找文献，对几种常见的同步电机传动系统进行了综述，分析了同步电机变频调速原理，在此基础上，讲述了无传感器技术在同步电机中的应用现状。无传感器技术主要有两大类：基于基波量的检测方法和基于外加信号的激励法。随后，对转子初始位置的估计进行了综述，其方法有：基于电机定子铁芯饱和效应的转子位置估计，高频信号注入法，基于定子绕组感应电压的估计法和基于相电感计算法等。绕组励磁同步电机转子初始位置估计的研究还很少。 @@ 对绕组励磁同步电机矢量控制的理论进行了全面深入地研究，建立起矢量控制的理论体系构架。 @@ 首先，基于磁势等效原理，将三相静止交流信号等效变换为两相旋转直流信号，将交流电机等效为直流电机进行控制。在Clarke变换和Park变换的基础上，得到凸极同步电机转子磁场定向的电压矩阵方程、功率方程和运动方程。根据上述方程，绘出dq轴的等值电路及矢量图，得到状态空间描述的dq轴数学模型。 @@ 其次，根据模型参考自适应原理，对同步电机转速进行估计。忽略同步电机d轴阻尼绕组的作用，取同步转速为零，得到同步电机αβ静止坐标系下 的数学模型。将不含有转子转速信息的方程作为参考模型，将含有转速参数的方程作为可调模型，根据波波夫超稳定性和正性原理，对转子转速进行估计。@@ 最后，根据模型参考自适应估计的转子转速，设计磁通观测器来估计转子磁通，实现磁通反馈闭环控制。磁通观测器采用降维观测器，仅对转子磁通分量进行重构，并通过极点配置算法，合理配置观测器的极点，使观测器满足系统的性能指标，达到磁通观测的目的。 @@ 新颖的空间矢量脉宽调制算法。从空间矢量的基本概念入手，深入分析了定子三相对称电压与空间电压矢量之间的关系。由三相电压源型逆变器输出电压波形得到六个有效开关状态矢量，这六个开关矢量和两个零矢量合成一组等幅不同相的电压空间矢量，去逼近圆形旋转磁场。其次，根据空间电压矢量所在的扇区，选择相邻有效开关矢量，在伏秒平衡的法则下，计算各有效开关矢量的作用时间。并且，探讨了扇区判断和扇区过渡问题，定性分析了空间矢量脉宽调制（SVPWM）的性能。最后，根据每个扇区中开关矢量作用时间，采用软件构造法，在TMS320LF2407A硬件上实现了SVPWM。实验结果表明，该算法简单易实现，能够有效的提高直流母线的电压利用率，具有在低频运行稳定，逆变器输出电流正弦度好等优点。 @@ 空间矢量过调制算法的研究。在上述线性调制的基础上，提出一种基于电压空间矢量的过调制方法。过调制区域根据调制度分成两种不同的模式，分别为模式Ⅰ（0．907
上传时间： 2013-07-25
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本文简要介绍了无刷直流电动机的发展历程和未来的发展趋势。通过分析无刷直流电动机工作的基本原理和无刷直流电动机的数学模型，建立了基于Simulink的动态仿真模型。通过对无位置传感器无刷直流电动机转子位置检测算法的分析和磁链与转子位置的相应关系的分析，本文使用磁链关系函数判断转子位置的算法，并基于Simulink建立了算法模型进行仿真分析验证，从仿真得到的结果可知，此位置检测算法是可行的。 @@ 在文中进行了转矩脉动原因分析，并对换相转矩脉动进行补偿。在低速时采用电流滞环进行补偿，高速时采用单斩波调制方式进行补偿。通过对三段式启动方法的分析和结合本文所采用的转子位置检测算法，本文采用两步启动方式，通过仿真分析证明是可行的。分析了经典PID调节算法和专家PID调节算法。对传统PID控制中出现的问题，本文把变参数PID调节算法应用到无位置传感器无刷直流电动机控制上。并建立了仿真模型，进行仿真分析。从仿真分析的结果可知其控制性能优于传统的PID调节算法。 @@ 文中介绍了TMS320LF2407A芯片和IR2130功率集成驱动器的结构和特点。在系统硬件设计中以TMS320LF2407A芯片为核心，设计了控制系统电路、功率驱动电路、电流电压检测电路、功率管过电压保护电路、启动限流电路、转速调节电路。 @@ 在系统软件设计中，主要实现了电机的起停、转子位置计算、转速计算和转速闭环控制的功能。用DSP实现脉冲调制输出和信号采样。 @@关键词：无位置传感器；无刷直流电动机；间接位置检测；磁链关系函数
上传时间： 2013-04-24
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随着电力电子技术的发展，各类电力电子装置应运而生，这些产品在出厂前需要根据不同的需要进行相应的测试和校验。传统的负载测试存在着能耗大、灵活性差等诸多缺点，已经越来越不能满足各种测试场合的要求，特别是一些要求用动态变化的负载、非线性负载、具有负阻特性的负载以及有源负载等测试场合。因此针对这一问题，本文利用电力电子技术结合计算机技术、控制技术等设计了一种通用的交流电子负载模拟装置，以满足各种测试场合的要求。 @@ 交流电子负载是一种可以模拟真实负载的电力电子装置，它不但可以模拟传统的线性负载，也可以模拟各种非线性负载、有源负载等其他形式的负载。目前国内外对电子负载的研究还不成熟，有些是使交流电源按照一定的功率放电，但是输出电流却与真实负载测试下的电流有较大的差别；而有些虽然能够准确控制电源的放电电流取得和真实负载一样的效果，但试验电能完全被消耗掉，造成很大的浪费。本文研究的新型交流电子负载克服了以上电子负载方案的缺点，可以满足各种试验场合的测试需求，能够在很大程度上减少能量浪费，丰富试验样式且节约试验成本。 @@ 本文分析了能馈式交流电子负载的模拟原理，确定了采用中间直流环节的交-直-交主电路结构，其一端接待测交流电源，另一端接低压交流电网。前级负载模拟环节和后级能量回馈环节均采用可四象限运行的电压型PWM（Pulse Width Modulation）变换器。负载模拟环节直接与待测电源连接，采用电流滞环瞬时值比较方式，使电源输出的实际电流信号准确、快速的跟踪其指令电流信号值，使得电子负载对待测电源呈现设定的负载形式，完成电子负载的模拟功能；能量回馈环节与电网连接，通过控制输出电流与电网电压同频、同相位，实现试验电能的单位功率因数回馈电网的目的，变换器的控制采用常规的双闭环控制方式，电流内环控制实际电流跟踪指令值的变化，电压外环通过控制输出电流的大小使直流侧母线电压稳定为设定指令值。 @@ 电子负载系统在负载模拟部分通过人机接口设定具体负载形式和负载属性，为了更加准确快速的得到电流指令信号值，文中采用更加直接的数值计算方 法，由数字信号处理器实时计算出该给定负载模式下的指令电流值。使用交流小信号分析法得到了系统的频域方块图，并对主电路元件参数以及调节器进行了优化设计。针对大功率开关管开关频率存在的限制，本文提出了几种提高电流跟踪精度的改进方法，取得了良好的效果。整个系统在PSIM平台上进行了不同工作模式下的仿真，仿真结果表明方案切实可行。最后依据仿真方案设计基于TMS320F2812的控制系统和功率电路，使用PROTEL软件进行了原理图的绘制。@@关键词：电子负载；能量回馈；电压型变换器；滞环PWM电流控制；双闭环；PWM整流器
上传时间： 2013-05-26
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21世纪，人类面临着实现经济和社会可持续发展的重大挑战，能源问题越来越突出，太阳能等可再生能源逐渐成为人类关注的焦点。时至今日，人类对光伏系统的研究越来越深入广泛，但在光伏系统的研发过程中，太阳能电池由于受日照强度、环境温度影响较大，导致实验成本过高，研发周期变长。太阳能电池阵列模拟器便能较好地解决这一问题。 @@ 本文首先对比了模拟式太阳能电池模拟器和数字式太阳能电池模拟器的优缺点，选取了数字式太阳能电池阵列模拟器作为研究对象，并对研究太阳能电池阵列模拟器的实际意义作了阐述。随后描述了太阳能电池的输出特性，讨论了适合工程计算的太阳能电池阵列数学物理模型。 @@ 本文研究的太阳能电池阵列模拟器由功率电路和控制电路两部分组成。功率电路选取了半桥型DC/DC电路作为主电路拓扑，对其工作过程进行了分析，并对各部分电路进行了设计。然后设计了电压电流双闭环调节器，在此基础之上用PSIM仿真软件对所设计的太阳能电池阵列模拟器进行了仿真，包括静态工作点的仿真以及动态响应速度的仿真，通过仿真验证了模拟器能够达到所要求指标。 @@ 控制电路板是整个模拟器的核心控制部分，通过控制运算提供输出电压的参考值，进而提供控制功率管开通关断的PWM信号。本文选取了microchip公司的dsPIC30F2023作为主控制芯片，分析了该型号微处理芯片的性能特点，介绍了模拟信号采样电路、232通讯电路、人机交互界面电路等外围电路的硬件设计，调节器采用了数字PID控制。 @@ 在MPLAB集成开发环境中进行了软件方案的设计，主要包括主程序、生成PWM程序、AD采样、故障处理、人机交互程序等，介绍了各个模块的程序流程。 @@ 软硬件系统设计完成后，最终实现了太阳能电池阵列模拟器，可以为光伏系统的研究提供一个良好的实验平台。 @@关键词：太阳能电池阵列模拟器；半桥型DC/DC变换器；dsPIC30F2023
上传时间： 2013-07-28
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数字技术、电力电子技术以及控制论的进步推动弧焊电源从模拟阶段发展到数字阶段。数字化逆变弧焊电源不仅可靠性高、控制精度高而且容易大规模集成、方便升级，成为焊机的发展方向，推动了焊接产业的巨大发展。针对传统的埋弧焊电源存在的体积大、控制电路复杂、可靠性差等问题，本文提出了双逆变结构的焊机主电路实现方法和基于“MCU+DSP”的数字化埋弧焊控制系统的设计方案。 本文详细介绍了埋弧焊的特点和应用，从主电源、控制系统两个方面阐述了数字化逆变电源的发展历程，对数字化交流方波埋弧焊的国内外研究现状进行了深入探讨，设计了双逆变结构的数字化焊接系统，实现了稳定的交流方波输出。 根据埋弧焊的电弧特点和交流方波的输出特性，本文采用双逆变结构设计焊机主电路，一次逆变电路选用改进的相移谐振软开关，二次逆变电路选用半桥拓扑形式，并研究了两次逆变过程的原理和控制方式，进行了相关参数计算。根据主电路电路的设计要求，电流型PWM控制芯片UC3846用于一次逆变电路的控制并抑制变压器偏磁，选择集成驱动芯片EXB841作为二次逆变电路的驱动。 本课题基于“MCU+DSP”的双机主控系统来实现焊接电源的控制。其中主控板单片机ATmega64L主要负责送丝机和行走小车的速度反馈及闭环PI运算、电机PWM斩波控制以及过压、过流、过热等保护电路的控制。DSP芯片MC56F8323则主要负责焊接电流、焊接电压的反馈和闭环PI运算以及控制焊接时序，以确保良好的电源外特性输出。外部控制箱通过按键、旋转编码器进行焊接参数和焊接状态的给定，预置和显示各种焊接参数，快速检测焊机状态并加以保护。 主控板芯片之间通过SPI通讯，外部控制箱和主控板之间则通过RS—485协议交换数据。通过软件设计，实现焊接参数的PI调节，精确控制了焊接过程，并进行了抗干扰设计，解决了影响数字化埋弧焊电源稳定运行的电磁兼容问题。 系统分析了交流方波参数的变化对焊接效果的影响，通过对焊接电流、焊接电压的波形分析，证明了本课题设计的埋弧焊电源能够精确控制引弧、焊接、 收弧等焊接时序，并可以有效抑制功率开关器件的过流和变压器的偏磁问题，取得了良好的焊接效果。 最后，对数字化交流方波埋弧焊的控制系统和焊接试验进行了总结，分析了系统存在的问题和不足，并指出了新的研究方向。 关键词：埋弧焊；交流方波；数字化；逆变；软开关技术
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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由于传统供电系统的固有缺陷，当单台电源供电时，一旦发生故障可能导致整个系统瘫痪，造成不可估计的损失。逆变电源并联技术是提高逆变电源运行可靠性和扩大供电容量的重要手段。并联技术可以提高逆变电源的通用性和灵活性，使系统设计、安装、组合更加方便，使可靠性进一步提高。 本文主要研究逆变电源输出的数字控制技术，以及逆变电源的并联控制策略，以改善逆变电源的输出性能，提高逆变电源的可靠性，并为分布式发电系统提供最基本的单元模块。本系统采用高频逆变技术，主电路前级采用BOOST升压，后级采用半桥逆变电路，以TI公司的TMS320F2806DSP为主控核心实现了系统的控制功能。本文主要研究内容如下： 1.首先介绍了当前的适合逆变电源的控制策略，分析了这些控制策略的优缺点，介绍了当前的适用于逆变电源并联运行的控制策略，并简单介绍了它们的原理； 2.介绍了逆变电源无线并联的关键技术，依据下垂并联控制的数学模型，对并联系统的功率下垂特性、功率解耦控制思想等方面进行了详细的分析； 3.通过对当前逆变电源控制策略的分析、研究，对所选的逆变电源主电路进行数学建模，设计了逆变电源三闭环调节控制器，并通过Matlab仿真工具进行仿真，验证了该控制策略的可行性； 4.建立了单相逆变电源无线并联控制系统的MATLAB仿真模型，并通过仿真实验对其进行了验证分析，结果表明：该基于下垂法控制的无线并联方案可以使系统实现对输出有功功率、无功功率和谐波功率的良好控制； 5.采用DSP为主控芯片，设计并制作了单相无线并联型逆变电源样机，给出并联型逆变单元输出滤波电感参数选择的工程设计方法和原则，并对上述的三闭环控制策略进行了实验测试，实验结果良好。
上传时间： 2013-04-24
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随着全球汽车保有量的与日俱增，能源危机和环境污染正逐渐成为制约世界汽车工业发展的瓶颈。而新兴的混合动力汽车（HEV）在节能和排放上的优越性正逐步体现出来。由于采用“油、电”配合的方式来驱动车体，其所搭载电动机及其驱动控制系统的研究则成为混合动力汽车研发中的关键技术之一，它直接决定着整车的动力性，燃油经济性和排放指标。 论文首先比较了常见的几种电动汽车的性能，概括了混合动力汽车的优点，介绍了混合动力汽车电机及其控制系统技术的发展现状；其次探讨了几种常用交流电动机的性能优劣，由于永磁同步电机具有高效、高功率密度以及良好的调速性能，本文混合动力汽车传动系统选用永磁同步电机；根据混合动力汽车所搭载电动机在功率和扭矩上的要求以及永磁同步电机在结构上的特点，选取了发动机电机系统的结构布置形式；论文建立了永磁同步电动机的数学模型，分析了永磁同步电动机矢量控制的原理；设计了基于TMS320F2812DSP的永磁同步电动机矢量控制系统，详细阐述了功率驱动电路，速度及位置检测电路，电流反馈及过流保护电路，CAN通讯模块等系统中重要的组成单元；软件采用模块化的结构，阐述了关键子程序如电流采集、位置检测程序和SVPWM产生子程序。 最后，搭建了实验平台，对硬件进行了调试和修改，通过样机及系统台架试验，取得了大量的实验数据，检验了所设计样机的特性，发现其制作过程中的不足，并实现了电机控制系统的闭环控制，从而达到了对混合动力汽车用永磁同步电动机控制系统的探索与研究的目的。
上传时间： 2013-05-23
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随着科学技术的发展，汽车结构不断完善，人们对汽车的性能更加关注。汽车本身是一个复杂的系统，在使用过程中，随着行驶里程的增加和使用时间的延续，汽车技术状况可能不断恶化，需要定期进行检测。汽车底盘测功机是一种不解体检验汽车性能的检测设备，采用现代电测和计算机技术，模拟汽车在各种路面行驶阻力，使汽车的道路试验项目移至室内进行，减少室外环境变化对测试的影响，能够很好的改善试验人员的试验环境和提高测试精度。 本文首先介绍了汽车底盘测功机的发展历史和研究现状，阐明了研究汽车底盘测功机测控系统的目的和意义，给出了汽车底盘测功机的结构和工作原理，在详细分析汽车道路上和底盘测功机上运行受力情况的基础上，建立了测功机电模拟模型。采用电模拟阻力加载装置，不仅省去了繁琐的惯性飞轮装置，简化了底盘测功机的结构，而且实现了惯性阻力的无级模拟。在系统硬件上，设计了转速转矩信号的采集电路和前端信号处理电路，提高了采集数据的准确性，保证系统的精度，并给出了励磁控制电路的设计与实现。在通讯上，设计CAN和USB互相转化的接口电路，不仅实现上下位机之间的通讯，而且还突破了传统底盘测功机上下位机通讯速率慢的瓶颈。在控制策略上，采用积分分离PID算法，实现转速、励磁电流和转矩、励磁电流的两个双闭环控制器，满足了汽车底盘测功机不同运行状况的需求。在软件上，采用模块化编程的思想，从而增强了程序的可移植性和灵活性。最后，构建了实验平台，对系统进行了实验研究，实验结果表明：系统能满足汽车性能测试的要求。
上传时间： 2013-06-12
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