超声波电机是上个世纪八十年代逐步发展起来的新型微电机。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。与传统的电磁马达相比,它具有低速大转矩、无电磁干扰、动作相应快、运行无噪声、无输入时能自锁等卓越特性,在非连续运动领域、精密控制领域要比传统的电磁电机性能优越得多。目前,旋转型超声波电机,尤其是环形行波型超声波电机,在工业、办公、过程自动化等领域的伺服系统中作为直接驱动执行器得到广泛的关注。 本论文主要研究并设计了用于超声波电机控制驱动的小型控制系统。其目的是针对市场需要,提供给用户一种价格较低、体积小、性能指标适中,操作简便,能够实现快速定位,速度可调节的标准的闭环控制器。 控制器的核心为MSP430F167。课题对外围检测、控制、驱动电路进行相关的研究和设计,并按照控制器的需求设计相应的软件。最后给出实验结果:系统运行稳定,速度曲线较为理想,达到了最初的设计要求。 系统总结了超声波电机的发展、特点、分类,通过与传统电磁电机的对比给出了超声波电机的广阔的应用前景。在此基础上,指出了超声波电机研究的发展方向,明确了本文的研究内容。 总结了环形行波型超声波电机的结构特点、运行机理,并在此基础上总结了环形行波型超声波电机调频、调相、调幅等控制方法以及推挽、半桥和全桥驱动逆变电路的优缺点。 本课题设计了基于超声波电机的控制驱动系统电路。首先,提出了本次设计的设计思想及目的;其次,介绍了本设计的控制器硬件电路具体设计过程以及调频调速的实现方式。然后,详细介绍了该控制系统的软件构成,包括上位机软件、下位机软件以及通讯部分。详细阐述了在本控制系统中的调速、定位原理。最后通过实验结果说明了该小型控制系统的有效性。
上传时间: 2013-07-18
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文中设计完成了以数字信号处理器DSP为控制核心,以智能控制功率模块IPM为驱动,以无刷直流电机作为伺服电机的一套高性能的电梯门机交流伺服系统。 论文阐述了设计的目的,给出了电机的选择,介绍了无刷直流电机的优点;说明了门机运行曲线的形成及加减速运行时按S曲线方式运行的优点,并给出了加减速运行时S曲线的具体形成方法;针对门机控制系统的控制策略进行了详细的研究,将自适应控制理论引入了电梯的门机控制系统中,并针对模型参考自适应控制的方法进行了分析,该方法的实施使系统的性能得到了提高。 系统采用TMS320LF2407A作为电梯的门机控制系统的核心控制器,对TMS320LF2407A作了详细的介绍。文中对系统采用了全数字化设计,完成了总体硬件电路的设计,主要包括计算控制电路、信号采集电路、键盘输入及显示电路、驱动及保护电路等,并对每一部分电路的设计进行了具体的说明;驱动电路选用了智能控制功率模块IPM,并针对所选模块进行了说明。 在系统软件设计中,采用对曲线进行离散的方式,给出了门机运行的参考模型,并根据采集的信号与参考模型进行对比,求出加/减速运行时S曲线实现的补偿算法;并针对运行参数变化的影响,提出了对门机系统进行自适应控制的方法,给出了系统软件的流程。 通过对系统的硬件及软件的设计,实现了对电梯门机系统安全、可靠、平稳控制的目的。
上传时间: 2013-06-22
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本文系统地论述了应用单片机开发步进电动机二维运动控制器的方法。该二维运动控制器的样品已经研制出来,经过实际运行测试,达到了设计要求,既能实现两轴独立运动控制,又能灵活方便地进行联动控制。由于控制软件对步进电动机采用了适当的自动调速方案,使得电机在运动过程中没有失步现象,运行平稳,定位精度高,重复定位性好。 本文所完成的主要工作有:(1)步进电动机驱动电路的研究。(2)系统控制方案设计。(3)硬件系统设计。单片机的选择、串行通信等电路设计。(4)软件系统设计。该控制器重点在于步进电动机的驱动电路硬件与控制软件的设计,以及上下位机串口通信的实现。本设计的控制环节由AT89S52单片机和环形分配器PMM8713构成,单片机采用RS-485标准的串口通信与上位机进行通信,利用PMM8713产生步进电动机运行和正反转的控制信号。驱动环节采用UC3842实现恒流驱动,给出特定的脉冲驱动信号,驱动功率管进行开通和关断,使步进电动机按照规定的轨迹和速度运行。软件部分由上位机软件和下位机软件共同组成。上位机软件用Visual Basic编制,界面友好,下位机软件用单片机汇编语言编制。上位机输入的指令经编译生成相应的目标代码并通过计算机串口发送到下位机中。下位机的功能:一是接收来自上位机的数据和命令;二是根据上位机发送的命令执行相应的动作;三是向上位机发送有关提示信息。 该控制系统在设计方面具有如下特点: 1.采用内部时钟方式产生步进电动机的驱动脉冲,而没有采用高速脉冲发生器等外部方式,用软件来实现,从而降低硬件成本。 2.硬件设计方面,尽可能地选择了标准化、模块化的电路,从而提高了设计的成功率和结构的灵活性。 3.尽可能选用了功能强、集成度高、通用性好、市场货源充足的电路或芯片。 控制器硬件结构简单,成本低廉,控制可靠,功能强大,使用方便,因而具有十分广阔的应用前景。
上传时间: 2013-05-16
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随着焊接技术、控制技术以及计算机信息技术的发展,对于数字化焊机系统的研究已经成为热点,本文开展了对数字化IGBT逆变焊机控制系统的研究工作,设计了数字化逆变焊机的主电路和控制系统的硬件部分。 本文首先介绍了“数字化焊机”的概念,分析了数字化焊机较传统的焊机的优势,然后结合当前数字化焊机的国内外发展形势,针对数字信号处理技术的特点,阐明了进行本课题研究的必要性和研究内容。文章随后列出了整个数字化逆变焊机的设计思路和方案,简要介绍了数字信号处理器(DSP-Digital SignalProcessing)的特点,较为详细地解释了以DSP为核心的控制系统设计过程。根据弧焊电源控制的要求,选择了控制器的DSP型号。 逆变焊机的主电路采用输出功率较大的IGBT全桥式逆变结构(逆变频率20KHz),由输入整流滤波电路、逆变电路、中频变压器、输出整流电路和输出直流电抗器组成。文中简略介绍了主电路的设计要点及元件的选型和参数的计算,并对所设计的主电路进行了Matlab计算机仿真研究。 在控制系统的设计中,采用TI(美国德州仪器)公司的DSP(TMS320LF2407)芯片作为CPU,由于其速度快(40MHz)、精度高(16bits)等特点,为弧焊逆变器控制系统真正实现数字化提供了条件。在DSP最小系统、电压电流采样调理模块、保护模块、键盘与显示模块等主要模块的作用下对整个焊接电源进行了实时的闭环控制与焊接过程的实时监控。控制电路采用脉宽调制方式(PWM)进行输出控制,即:控制IGBT的导通时间来实现焊机输出功率与输出特性的控制。设计了专门的“分频电路”,DSP输出的控制脉冲经过“分频电路”分成两路后,再经IGBT专用驱动模块M57959L,进行功率放大后,触发IGBT。DSP对输出电流和电弧电压进行实时采样,采用离散的PI控制算法计算后,输出相应的控制量来实时调节IGBT驱动脉冲的脉宽,进而调制输出电流,达到控制焊机输出的目的。 经过实验,得到了相应的输出电压电流波形、PWM波形和IGBT门极驱动的实验波形,该控制系统基本符合逆变焊机的工作要求。 最后,在对本文做简要总结的基础上,对于本逆变焊机的进一步完善工作提出了建议,为数字化焊机控制系统今后更加深入的研究奠定了良好的基础。
上传时间: 2013-08-01
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电流互感器是电力系统中最重要的高压设备之一。它被广泛应用于继电保护、系统监测、电力系统分析之中,关系到电力系统的安全性与可靠性。随着电力系统向高电压、大容量和数字化方向的发展,传统的电磁式电流互感器很难满足电力系统发展的进一步要求。因此,研究基于计算机技术、现代通信技术及数字处理技术的以电子式电流互感器(ECT)为代表的、新型的高精度电流互感器成了大势所趋。在电子式电流互感器的应用研究中,ECT高压侧的电源问题是关键技术之一。 本文对国内外电子式电流互感器发展的现状进行了描述,并对已有的电子式电流互感器的高压侧供能方式进行了总结。论文根据本课题组所研究的电子式电流互感器的特点,对电子式电流互感器的高压侧供能系统的设计进行了研究,提出一种将两种供能方式结合使用的组合电源,并设计了这两种电源之间的切换方法。 本文首先设计了一种应用于高压电子式电流互感器的数字化激光电源,包括大功率激光器的驱动电路、基于16位低功耗单片机MSP430的过流保护电路和恒温控制电路、输入电路、显示电路、以及高压侧变换电路。其供能部分由低电位侧的大功率激光光源产生激光输出,经光纤将激光能量传输到达高电位侧的光电池,再由光电池进行光功率到电功率的光电变换后,形成满足光电电流互感器传感头部分所需的电压输出。实验结果表明,该电源可以提供稳定的6V电压,其功率不少于300mW。 本文又设计了了一种应用于高压侧电子装置中的CT电源方案:通过一个特制的电流互感器(CT),直接从高压侧一次母线电流获取电能,凭借在CT和整流桥之间串联的一个电感,大大降低了施加在整流桥上的的感应电压并限制了CT的输出电流,起到了稳定电压和保护后续电路的作用。实验结果表明,该电源能输出稳定的5V直流电压,纹波不超过25mV。 最后,本文提出了一种将两种供能方式结合使用的组合电源,并设计了这两种电源之间的切换方法,解决了取电CT电源的死区问题,延长了激光器的使用寿命。
上传时间: 2013-06-05
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电气化铁道牵引网在网络拓扑结构、电气元件上具有特殊性,开展数学模型和电气参数研究对掌握其电气性能具有重要意义。 本文主要介绍了电气化铁道牵引网基波与谐波的模型建立与电气参数计算。 借用电力系统中的成熟计算方法,并结合牵引网的拓扑结构和导线的特殊性,阐述了多导体传输线的串联阻抗和并联导纳矩阵的计算方法,给出了计算实例。 各种供电方式的牵引网都可等效成多导体传输线的供电网络,网络上的各种电气参数均可视为串联元件和并联元件。牵引网的均匀多导体传输线采用等值Ⅱ型电路,对其它各种串联与并联元件也分别建模。 用C#语言编制了牵引网模型仿真计算软件,实现了谐波在牵引网中的分布计算。为计算程序设计了良好的人机界面,通过界面可以完成牵引网的参数输入与外部数据读取,计算结果再用.csv格式输出。其中,详细介绍了LU三角算法。 最后,结合京哈线蓟县南牵引变电所供电区段高次谐波谐振测试,分析了牵引网参数对高次谐波谐振的影响,说明了谐振的原因并给出了治理措施。利用程序进行了仿真计算,验证了程序的可用性。
上传时间: 2013-07-23
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伺服系统是一种输出能够快速而精确地响应外部的输入指令信号的控制系统。伺服系统在工业控制和家用电气、航空航天等领域的应用越来越广泛。现代工业生产对伺服设备的性能也提出了越来越高的要求。因此,研制高性能、高可靠性的交流伺服系统有着十分重要的现实意义。 在伺服领域,永磁同步电机在结构特点和运行方式上具有比其它类型的传统伺服电机更为优秀的运行性能和更广泛的适用范围,被越来越多的应用到交流伺服系统。以数字信号处理技术为基础、以永磁同步电机为执行电机,采用高性能控制策略的全数字化永磁同步交流伺服控制系统必将成为伺服控制系统发展的趋势。 本论文在研究永磁同步电动机运行原理的基础上,详细讨论了磁场定向矢量控制理论,确定了id=0的控制策略和空间矢量脉宽调制(SVPWM)的电压调制方法。本文采用TI公司生产的专门用于电机控制的数字信号控制芯片DSP(TMS320LF2407A)作为控制系统核心处理芯片,设计了一套基于DSP的全数字永磁同步电动机伺服控制系统。论文详细论述了控制电路各部分及外围辅助电路的设计和调试,包括功率驱动电路,供电电路与电源电路以及传感器电路等等。软件开发均在TI的CCStudl02.2集成开发环境下完成,软件采用汇编语言编写,完成了主程序模块和子程序模块设计,实现了电流A/D采样、模型切换、转速PI调节等功能,实现了位置、速度和电流双闭环矢量控制,同时给出了主程序和各个子程序模块的流程图。 实验结果表明,基于DSP实现的全数字化交流伺服系统具有响应速度快、速度超调小、转矩脉动小等特点,具有良好的动静态特性以及较高的精度。基本达到了课题预期的效果,从而证明了系统设计的可行性。
上传时间: 2013-05-18
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空调压缩机是空调器的核心部件。传统定速空调器中压缩机多采用单相异步电动机,对电机采用简单的开关式控制,电能损耗、室温波动及噪音都很大,压缩机容易受冲击损坏。随着人们生活水平的提高及能源短缺问题的出现,将变频调速技术应用于空调器中,将变频压缩机取代传统定频定速压缩机,对其进行变频调速将使压缩机减少开停次数,降低室温波动,提高舒适度,获得了更好的空气调节效果和实现节能降耗的要求。 空调系统是一个典型的多输入多输出、具有大滞后特性的菲线性系统。要对空调压缩机进行变频调速,需要根据房间温度的变化得出压缩机的频率值。由于空调系统精确的数学模型难以取得,且时间常数较大,传统的PID调整不仅费时费力,性能指标也不能令人满意。因此,将模糊控制技术引入空调压缩机的变频调速控制,建立模糊控制器,以房间温度的变化和变化率为输入,压缩机的频率为输出。对于提高空调系统的控制精度、稳定性和可靠性,无论从学术研究角度出发,还是在工程应用方面,都具有相当的现实意义。 本文分别从三相异步电动机的变频调速技术、变频空调控制策略等方面进行了探讨分析。首先将模糊控制技术应用到空调压缩机变频调速中,根据建立模糊控制规则的基本思想及实际运行经验,通过模糊控制技术使空调压缩机具有自调整的智能特性,从而得出最佳的动态控制参数,克服了PID控制器控制精度较低、消除稳态误差能力差的缺点。 然后详细阐述了SVPWM的基本原理,对空间矢量调制(SVPWM)方式及其实现方法进行了探讨。在变频压缩机的控制中采用先进的SVPWM调制技术,压缩机能根据室内需要的冷(热)量不同,连续地、动态地、实时地调整其制冷(热)量,始终保持在较合理的运转状态下。能够进一步提高电压的利用率和频率分辨率,并使压缩机运行更加平稳,提高空调的效率,达到节能降耗的效果。
上传时间: 2013-04-24
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近年来,随着大规模集成电路的飞速发展,微控制器和数字信号处理器的性价比不断提高,数字控制技术已逐步应用于大中功率高频开关电源。相对于传统模拟控制方式,数字控制方式具有电源设计灵活、外围控制电路少、可采用较先进的控制算法、具有较高可靠性等优点。 高频开关电源具有体积小、重量轻、效率高、输出纹波小等特点,现已逐步成为现代通讯设备的新型基础电源系统。针对传统开关电源中损耗较大、超调量较大、动态性能较差等问题,本文采用基于DSP的全桥软开关拓扑结构。全桥软开关移相控制技术由智能DSP系统完成,采样信号采用差分传输,控制算法采用模糊自适应PID算法,产生数字PWM波配合驱动电路控制全桥开关的通断。在输入端应用平均电流控制法的有源功率因数校正,使输入电流跟随输入电压的波形,从而使功率因数接近1。最后通过Matlab仿真结果表明模糊自适应PID控制算法比传统PID控制算法在超调量,调节时间,动态特性等性能上具有优越性。 论文以高频开关电源的设计为主线,在详细分析各部分电路原理的基础上,进行系统的主电路设计、辅助电路设计、控制电路设计、仿真研究、软件实现。重点介绍了高频变压器的设计及模糊自适应PID控制器的实现。并将辅助电源及控制电路制成电路板,以及在此电路板基础上进行各波形分析并进行相关实验。
上传时间: 2013-04-24
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近几十年来,移动通信进入了飞速发展时期,它与人们的日常生活息息相关,已经成为了人们生活中的必需品,目前移动通信正处在由第二代向第三代过渡的阶段。调制技术是移动通信中的一项关键技术,根据不同的无线信道的特点选择合适的、高效的调制方式对移动通信系统的性能非常重要。软件无线电技术的出现对于移动通信的发展起到了很大的推动作用,构建一个通用的、标准的、模块化的硬件平台,把以前用硬件实现的无线电功能用软件来实现,大大地提高了通信系统的灵活性。用软件无线电技术实现的数字调制灵活性好,可以通过空中下载实现不同的调制方式,从而适应不同的通信体制。 在阅读了大量数字调制和软件无线电的国内外文献的基础上,本文深入研究了各种数字调制方式的原理以及优缺点,设计了一个软件无线电平台以实现相应的数字调制。该平台以TI公司的DSP芯片TMS320VC5416为核心部分进行信号的处理用于实现数字调制算法,在外围电路上扩展了ADC、DAC芯片分别构成前向数据采集模块和后向调制信号处理模块,同时用CPLD来构成逻辑控制模块,主要实现地址分配、提供接口控制信号、输入信息检索功能、译码功能和分频功能。在软件设计方面,本设计分为整体逻辑控制和数字调制算法实现两部分。在整体逻辑控制部分主要是针对CPID模块进行整体逻辑控制的设计,在数字调制算法部分主要是在DSP模块实现ASK、FSK、QPSK等数字调制算法的设计。 本软件无线电平台具有处理速度快、实时操作性强、存储大量数据等优点。 关键字:软件无线电;数字调制;DSP;CPLD
上传时间: 2013-04-24
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