无刷直流电机具有体积小、重量轻、效率高和转动惯量小等优点，另外它还具有和直流电机一样的调速特性，而没有直流电机复杂的机械换相设备，所以被广泛应用于伺服控制、数控机床、机器人等工业领域，现代工业的快速发展对无刷直流电机控制系统的性能提出了更高的要求。因此，研究具有响应速度快、调节能力强、控制精度高的无刷直流电机控制系统具有十分重要的意义。 直接转矩控制是一种高性能的电机控制方法，它已经成熟的应用在感应电机和永磁同步电机上，实现了优良的稳态性能和动态响应特性。本文通过大量的文献资料阅读，对无刷直流电机及其相关技术的发展、现状和趋势有了一个比较全面的理解，在此基础上，详细分析了无刷直流电机的数学模型，并提出了一套相应的直接转矩控制方案，建立了仿真和试验平台，进行了仿真分析和实验研究，获得了有价值的研究成果。 本文的主要研究内容包括： (1)详细分析了无刷直流电机的运行机理和数学模型，在此基础上阐述无刷直流电机直接转矩控制的基本控制机理，包括基于逆变器二二导通模式的空间电压矢量的定义和针对无刷直流电机具有非正弦波反电动势这一特点而推导的转矩计算公式等。 (2)提出了一套无刷直流电机直接转矩控制的具体实施方案，并根据这套方案建立了基于Simulink(Matlab)的无刷直流电机直接转矩控制的仿真模型，对所提出的控制方案进行了仿真分析。仿真结果验证了该方案在理论上的可行性。 (3)在理论研究的基础之上，设计研制了一套基于DSP+IPM的无刷直流电机直接转矩控制实验系统，编写了控制程序软件，进行了无刷直流电机直接转矩控制的实验。实验结果达到了预期的要求，证实了直接转矩控制在改善无刷直流电机动态调速性能上的优势。 本论文开展了继异步电机和永磁同步电机之后对无刷直流电机实现直接转矩控制的探索性研究工作。通过理论分析、计算机仿真和实验得出了一些有意义的经验和结论，为课题的进一步深入开展奠定了基础。
上传时间： 2013-07-11
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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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氙灯作为高强度气体放电灯，其较好的显色性，高光效等优点大大超过传统的卤钨灯，越来越受到市场的青睐，与其配套的电子镇流器的研制也成了热点。鉴于氙灯复杂的启动特性，与模拟控制相比，数字控制因其较大的灵活性在此控制方面显示了较大的优势。本文将以数字控制的汽车头灯电子镇流器为研究课题，对其一些关键的问题加以研究和探讨。 论文的绪论部分将首先介绍汽车头灯的发展历史，接着对汽车头灯电子镇流器存在的难点问题做简要的分析，指出目前其所处的现状，并结合汽车头灯未来发展趋势谈谈本次课题的可行性和必要性。 第二章首先给出了目前氙灯电子镇流器的基本电路结构，考虑到第一级直流升压变流电路的重要性，较详细讨论了目前具备升压功能的几个典型电路的特点。鉴于氙灯较高的点火要求，对几种典型的点火电路做了分析比较，最后讨论了控制模式及其具体的控制方式。 第三章对汽车头灯电子镇流器进行了全面的设计。依据汽车头灯电子镇流器的主要技术指标，较详细给出了主电路的设计过程，并还对其做了相应的损耗分析及效率估计。接着介绍了单级电压递升式点火电路设计，模数控制方式的原理，及控制回路中典型控制电路的设计，最后通过实际样机的制作，论证其设计的合理性。 第四章详细分析了高强度气体放电灯的启动特性，并根据金卤灯和氙灯各自启动特点及相应要求，分别提出了适合各自启动要求的控制方法。此外，在大量文献阅读的基础上，比较了当前典型的恒功率控制方案。在这个基础上，提出了基于数模混合控制的新型恒功率控制方案。最后通过实验验证了这些控制方法的可行性及正确性。
上传时间： 2013-07-09
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各类交流电源在产品开发过程中都需要进行长时间的带载测试，以检验其电气性能。传统使用电阻、电感和电容这类无源元件作为负载的测试方法存在参数调节不方便、发热量大、耗能等诸多缺点。为克服传统测试方法的不足，本文研究了一种带能量回馈功能的交流电子负载装置，采用交直交变换结构，由具有公共直流母线的两级电压型PWM整流器组成。通过控制前级PWM整流器的输入功率因数，在其输入端模拟不同阻抗特性的负载；后级PWM整流器工作在并网逆变状态，将被测试电源发出的电能回馈至电网进行循环利用。 交流电子负载属于一种测试设备，需要实现用户交互、通讯、监控等功能，因此采用了以DSP芯片为核心的数字控制方案。本文首先探讨了数字控制技术对变换器性能的影响，重点讨论了当数字脉宽调制器精度不足时会引起输出产生极限环振荡的问题。分析了极限环振荡产生的原因，并以BUCK、BOOST和BUCK-BOOST三种基本变换器的数字控制器设计为例，推导出了为避免极限环振荡，数字脉宽调制器应满足的最小精度要求。在MATLAB中建立了数字控制器的仿真模型，设计了一台数字控制BUCK变换器实验样机，仿真和实验结果验证了理论分析的正确性。 根据处理电能方式的不同，交流电子负载可分为能量消耗型和能量回馈型两大类。本文首先针对交流电源产品的功能性测试应用场合，提出了一种新的能量消耗型交流电子负载结构和相应的控制方法。然后重点介绍了能量回馈型交流电子负载的工作原理及其控制策略。分析了功率电路中主要元件参数的选取方法。其中，对工作在任意功率因数情况下的单相PWM整流器中交流滤波电感的取值作了重点讨论。在Saber软件中建立了系统的仿真模型，设计了一台以TMS320F2812 DSP芯片为控制核心的能量回馈型交流电子负载原理样机，仿真和实验结果验证了系统方案的可行性和正确性。最后针对交流电子负载的并网能量回馈功能，初步分析了一种基于正反馈思想的并网系统孤岛检测方法，并进行了仿真验证。
上传时间： 2013-07-29
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移动机器人是机器人研究领域中重要的一个分支，智能移动机器人集人工智能、智能控制、信息处理、图象处理、检测与转换等专业技术为一体，跨计算’机、自动控制、机械、电子等多学科，成为当前智能机器人研究的重点之一。路径规划是移动机器人研究的一个基本而又极其重要的课题。灵活有效的路径规划算法能够帮助机器人适应各种复杂的环境，大大提高机器人的应用领域，尤其是使移动机器人具备自动识别环境的能力，能在未知环境下完成一定的工作。 本文的主要任务是以LEGO Technic组件为本体，重新设计一个控制器，并据此研究移动机器人的避障和路径规划策略。为满足移动机器人避障的实时性、准确性要求，需要有一个功能完善的硬件平台，实现信息采集、处理以及避障的策略。本文设计了一套移动机器人控制器，该控制器以DSP TMS320F2407A为核心，辅之以相应的外围电路、传感器、人机交互、串行通信和电源等模块。车体动力学实验及避障实验结果验证了本文所设计的控制器的性能。 在对移动机器人的避障策略的研究过程中，采用了基于虚拟力场法的位置闭环控制方法，这种方法简化了传统避障方法的数学运算过程，提高了机器人对障碍物的反应速度。最后，设计了一套实验系统，进行相应的避障方法实验。结果表明，所设计的控制器能够完成基本的实时避障功能。
上传时间： 2013-06-30
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由于永磁无刷直流电机既具备交流电机结构简单、运行可靠、维护方便等一系列优点，又兼有普通有刷直流电机调速特性好、运行效率高的优点，因此它在当今国民经济各个领域得到了越来越广泛的应用。本文对基于DSP的无刷直流电机控制系统进行了设计和研究。 本论文首先回顾了无刷直流电机的产生、发展历程，介绍了目前的热点研究方向和最新研究成果。 第二章对无刷直流电机的组成环节、结构、工作原理、运行特性进行了分析，并且建立了无刷直流电机的数学模型，对其控制方法进行了讨论。同时，DSP控制器由于其高速的处理能力和丰富的片上资源，已经广泛的应用于电机控制领域。 第三章介绍了TI的高性能DSP芯片 TMS320LF2407A的结构和性能，提出了基于 TMS320LF2407A 的 BLDCM 的控制方案，并且对系统的相关环节进行了讨论和分析。 第四、五两章分别完成了硬件和软件的设计。此系统是基于PWM技术和PID算法的双闭环控制系统。硬件电路包括了控制电路、主电路、检测电路、保护电路几个部分；软件采用模块化的编程思想，编制了各程序模块的控制流程图，并论述了其实现方面的若干问题。 第六章给出了系统的仿真实验结果及分析。 第七章对全文内容进行了总结，并对无刷直流电机控制系统提出了展望。
上传时间： 2013-04-24
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作为一个自然不稳定系统，倒立摆一直被用作实时控制系统实验的控制设备。通过对它的研究不仅可以解决控制中的理论问题，还能将控制理论涉及的三个主要基础学科：力学、数学和电学(包含计算机)进行有机的综合应用。此外，在近代机械控制系统中，如航空航天上直升飞机、火箭发射、卫星发射及生活中的做体操、花样滑冰、单轮骑车等等，都存在类似于倒立摆的稳定控制问题。因此实现倒立摆系统稳定控制的研究对实际工程和现实生活有非常重要的意义。 本论文的主要目标是设计和建造一个基于数字信号处理器(DSP)的计算机控制系统来控制倒立摆的平衡。论文中用到的控制理论主要是线性控制理论和反馈控制理论。 本文首先对倒立摆的背景和研究现状作了总体介绍，简要的阐述了常见的控制算法。随后详细介绍了利用牛顿第二定律及相关的动力学原理建立一级和二级倒立摆的数学模型，并用MAILAB对倒立摆的运动特性进行了仿真。然后研究倒立摆系统的各种控制策略，比较了各种控制方法的效果。 本论文还设计了基于DSP的计算机控制系统。详细介绍了DSP硬件电路设计和外围电路设计，用C和汇编语言编写了系统的控制程序。 最后，对本论文进行了总结，对下一步要进行的工作提出了自己的设想。 整个论文的完成以一定的理论为基础，既有数学模型的分析与推导，方法理论的探讨，又有实际控制系统设计过程，而且研究对象相当典型。本文所完成的工作，既可以作为现代控制理论的教学实验，对于具有类似模型的其他装置如两足机器人的研究也有一定的借鉴作用。
上传时间： 2013-04-24
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风能作为一种清洁可再生能源，发展迅速，已经成为世界新能源最主要的发展方向之一。本文以863计划项目"MW级风力发电机组电控系统研制"为研究背景，介绍了1.2MW永磁同步电机变速恒频风力发电系统，研究了变流系统中逆变器的控制方法。 本文首先对风力发电进行了概述，介绍了我国和世界风电发展状况以及技术发展趋势。当今风力发电技术，大功率直驱化和双馈是两个发展方向，本课题1.2MW风力发电系统就是采用了永磁同步电机加交直交变流系统的结构模式，中间省去了齿轮箱，减少了维护，具有较好的发展前景。 论文第二章首先对风轮机叶片的空气动力特性进行了分析，介绍了不同风速下风力发电机的控制策略。就直驱技术与变速箱/感应电机技术--目前风力发电领域变速恒频技术的两大发展方向作了较为详细的介绍分析。 在变流系统中，逆变并网是重要的环节，起到了将电能传输到电网的作用。文章中重点分析了三相并网逆变器的主电路结构、原理和工作方法，并进行了理论推导和公式说明。 本文对1.2MW永磁同步电机变速恒频风力发电系统的主电路参数的选择作了理论推导和计算，包括主电路直流侧电容，网侧电感，三重化升压电感，网侧滤波电容等，还确定了斩波和逆变部分所采用的开关管和六相整流所采用的二极管，并在额定正常工作情况下，分别计算斩波和逆变部分开关管的损耗和开关管的结温。 本课题采用瞬时电流法对并网逆变器进行控制。在实验中上确定了电压外环和电流内环的PI参数，顺利完成了闭环控制实验。 文中采用DSP2407高速集成控制芯片是控制的核心，并根据控制流程图对其控制进行了软硬件设计，实现了控制板上的信号采集、运算、故障检测、电路驱动等功能。并进行了小功率试验，得到了较好的电压电流波形，并对波形进行了详细分析，验证了本文采用方法的正确性。
上传时间： 2013-07-06
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开关电源具有体积小、重量轻、效率高、发热量低、性能稳定等优点，广泛应用于电子整机与设备中，在以往的AC-DC电路中，由二极管组成的不可控整流器与电力网相接，为在电网中会产生大量的电流谐波和无功功率而污染电网，使得功率因数较低。为了提高AC-DC电路输入端的功率因数，采用了功率因数校正。 本文采用TMS320F2812实现开关电源的功率因数校正，分析了DSP实现功率因数校正的控制方法和具体实现，对于软件中参数的标么值实现进行了理论推导，为了使输出功率在输入电压变化的一定范围内保持不变，采用了前馈电压，对于数字PI调节环采用了抑制积分饱和的方法，以防止系统失控。 论文中通过对AC-DC整流电路和加入Boost功率因数校正后的电路进行了Matlab的仿真，通过输入电压和输入电流波形的比较，可以很容易地看到功率因数的提高。 在具体的电路实现中，采用霍尔元件检测输入电感电流、输入电压和输出电压，经过DSP的A/D采样后，在DSP内部经过程序计算，输出PWM波形驱动MOSFET的开通与关断，使输入电感电流波形与输入电压波形一致。 本文实现了系统仿真，给出了仿真波形，分析了硬件设计电路并完成了电路的局部仿真，软件编程方面给出了主程序和各个子程序的软件流程图，提出了以后研究的方向。
上传时间： 2013-06-17
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本文以电机控制DSPTMS320LF2407为核心，结合相关外围电路，运用新型SVPWM控制方法，设计电梯专用变频器。为了达到电梯专用变频器大转矩、高性能的要求，在硬件上提高系统的实时性、抗干扰性和高精度性；在软件上采用新型SVPWM控制方法，以消除死区的负面影响，另外单神经元PID控制器应用于速度环，对速度的调节作用有明显改善。通过软硬件结合的方式，改善电机输出转矩，使电梯控制系统的性能得到提高。 系统主电路主要由三部分组成：整流部分、中间滤波部分和逆变部分，分别用6RI75G-160整流桥模块、电解电容电路和7MBP50RA120IPM模块实现。并设计有起动时防止冲击电流的保护电路，以及防止过压、欠压的保护电路。其中，对逆变模块IPM的驱动控制是控制电路的核心，也是系统实现的主要部分。控制电路以DSP为核心，由IPM驱动隔离控制电路、转速位置检测电路、电流检测电路、电源电路、显示电路和键盘电路组成。对IPM驱动、隔离、控制的效果，直接影响系统的性能，反映了变频器的性能，所以这部分是改善变频器性能的关键部分。另外，本课题拟定的被控对象是永磁同步电动机(PMSM)，要对系统实现SVPWM控制，依赖于转子位置的准确、实时检测，只有这样，才能实现正确的矢量变换，准确的输出PWM脉冲，使合成矢量的方向与磁场方向保持实时的垂直，达到良好的控制性能，因此，转子位置检测是提高变频器性能的一个重要环节。 系统采用的控制方式是SVPWM控制。本文从SVPWM原理入手，分析了死区时间对SVPWM控制的负面作用，采用了一种新型SVPWM控制方法，它将SVPWM的180度导通型和120度导通型结合起来，从而达到既可以消除死区影响，又可以提高电源利用率的目的。另外，在速度调节环节，采用单神经元PID控制器，通过反复的仿真证明，在调速比不是很大的情况下，其对速度环的调节作用明显优于传统PID控制器。 通过实验证明，系统基本上达到高性能的控制要求，适合于电梯控制系统。
上传时间： 2013-05-21
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