随着世界范围内的能源危机越来越严重，每个国家都投入了极大的热情开发新型节能型产品，而且整个社会的节能意识越来越高。我国2005年广东发生的油荒现象已经造成了局部能源恐慌，所以节能问题受整个社会关注的程度越来越高。 我国传统螺杆泵采油系统的地面驱动部分采用异步电机加变速箱，长期以来存在“大马拉小车”现象，系统效率和经济效益低下，耗能非常严重。 永磁无刷直流电机在进入21世纪后，以其较高的效率和优异的控制性能保持较高的发展势头，已广泛用于社会生活的方方面面，如比家电行业，汽车行业和工业控制等等。 本文基于ST7MC设计了应用于油田螺杆泵的永磁无刷直流电机驱动系统。通过大量的资料和文献阅读，首先从无刷直流电机的结构和原理开始介绍，在建立无刷直流电机的数学模型基础上，对整个控制系统的硬件和软件结构进行了详细说明，给出了正弦波控制策略的频率和相角估算方法。 基于本控制系统的设计方案完成的6.5KW无刷直流电机控制系统已经成功在油田上试运行，通过大量的负载试验和井上运行试验验证了该系统达到了较高的系统的效率和经济效益。并取得了预期的节能效果。
上传时间： 2013-04-24
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在目前全球能源危机和温室效应越来越严重的情况下，电动车(Electric Vehicle)以其无污染、低噪声、效率高，便于操作等优点，越来越受到人们的青睐。本课题与华中科技大学辜承林教授联合，为苏州益高电动车辆制造有限公司设计旅游车无刷电机驱动系统。课题结合现代CPU技术、数字技术和电力电子技术，设计了一款以无位置传感器无刷直流电机为动力的大功率汽车轮毂驱动控制器。 本课题采用辜老师设计的“横向磁通无刷直流电动机”为控制对象。本文首先分析了无刷直流电机的数学模型和无位置传感器的反电势过零点检测的基本原理，从整体上对控制系统的各个方面进行了讨论并确定了整体设计方案。在课题中，本人采用DSP 2407A作为控制核心，以功率MOS管为逆变器件，研制出系统硬件，用C语言编制了系统软件。鉴于该课题在大电流等级的无刷直流电机应用中，国内外尚无先例，本项目在开发实验中，对无位置传感器无刷电机的起动和反电势过零检测作了大量的研究工作，取得许多有益的科研实践经验。通过对电机的起动过程和位置检测方法进行的一些有效改进措施，使得电机达到较好的运行性能和操控特性。 实验结果表明本项目设计方案有效可行，研制的无位置传感器无刷直流电机控制器达到设计的预期基本性能指标。
上传时间： 2013-04-24
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随着电力电子技术、微处理器技术以及控制技术的发展，基于转子磁链定向的交流电机矢量控制系统以其优良的性能受到了广泛应用。采用SVPWM逆变器的异步电动机矢量控制系统在转速参考值变化或者负载转矩参考值变化的动态情况下，参考电压矢量可能会超出基本空间矢量构成的正六边形，此时便出现动态过调制，需要用过调制策略将超出的电压矢量重新限定在正六边形边界内。不同的过调制策略会给整个系统带来不同的动态性能，本文在对过调制策略进行完善的基础上，针对三种过调制策略对交流电动机动态性能的影响进行了研究，并对其机理进行了理论分析与探讨。 @@ 本文首先以三相异步电动机在两相静止坐标系下的动态方程为基础，按照转子磁链定向，设计了转子磁链观测器，完成了励磁电流分量和转矩电流分量的解耦，并构建了基于SVPWM的异步电动机矢量控制系统的MATLAB仿真模型。在矢量控制中，电流控制对系统性能具有重要影响。为了改善系统性能，所设计的矢量控制系统采用了同步电流控制，并对反电势进行了前馈补偿。 @@ 在分析了现有的三种过调制策略之后，对过调制策略进行了完善，并构建了异步电动机矢量控制系统的过调制仿真模型。过调制中，当原参考电压矢量位于正六边形中任意两个扇区交界附近时，过调制策略2和3所得到的新电压矢量仍会超出正六边形边界，过调制算法不再适用于此区域。针对以上不足，本文对过调制策略2和3进行了完善，使过调制算法适用于所有区域。采用完善后的过调制策略对转速参考值变化和负载转矩参考值变化的异步电动机矢量控制系统进行仿真，发现在加速与加载的条件下，过调制策略2的动态性能好于过调制策略1，而过调制策略3的动态性能最佳，具有最小的动态响应时间，暂态性能优良；在减载的条件下，过调制策略1和2能够很快的进入稳定状态，但是过调制策略3却出现问题，动态响应时间很长，说明此策略具有一定的局限性。 @@ 本文深入探讨了三种过调制策略导致不同动态性能的内在机理，通过对三种过调制策略中电压矢量的幅值和相位进行分析，理论上解释了出现不同动态响应时间的原因。出现过调制时，过调制策略2中新电压矢量的幅值总是大于过调制策略1中新电压矢量的幅值，所以动态性能更好。在加速和加 载条件下，过调制策略3中新电压矢量的相位总是超前于过调制策略1和2中新电压矢量的相位，因此可以获得更快的动态响应，暂态性能更佳。但是在减载条件下，过调制策略3中新电压矢量与原电压矢量间的相位关系处于无规律的超前滞后状态，导致过调制策略3出现问题，动态响应时间很长，说明此过调制策略有其不足之处，有待于改进。@@关键词：SVPWM；矢量控制；过调制；动态性能
上传时间： 2013-06-27
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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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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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混合动力汽车作为解决汽车节能、降低排放的汽车工业新技术，具有低污染和低油耗的特点，尤其在油价日益攀高的今天，成为国内外汽车发展的新热点。驱动控制器作为混合动力汽车中的主要部件，在混合动力汽车中起到至关重要的作用，对其进行研究具有重要的理论和现实意义。 本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发电机/电动机一体化技术的发展现状；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，因此该电机成为本课题混合动力汽车传动中所使用的电机，论文建立了永磁电动机的数学模型，分析了矢量控制原理；在矢量控制原理的基础上，设计出了基于TMS320F2812的永磁同步电机矢量控制系统的硬件结构，详细阐述了旋转变压器及其解码芯片在系统中的角度和速度的检测原理以及系统中其他重要的单元。设计了系统的软件结构，详细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：使用UG软件设计出控制器的壳体。最后进行了实验研究，给出SVPWM波形、相电流波形，进行了全文总结，提出了下一步工作的建议。
上传时间： 2013-05-21
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在步进电机驱动方式中，效果最好的是细分驱动，当今高端的步进电机驱动器基本都采用这种技术。步进电机的细分驱动技术是一门综合了数字化技术、集成控制技术和计算机技术的新技术，被广泛应用于工业、科研、通讯、天文等领域。 本文设计了一种基于DSP以及FPGA的两相混合式步进电机SPWM(正弦脉宽调制)波细分驱动系统。在DSP系统中采用TMS320I．F2407A微控制器作为核心控制器件，用软件产生SPWM波；在FPGA系统中采用FPGA芯片，通过VerilogHDL语言，实现了SPWM波；在功率驱动级电路上采用双极性H桥的驱动方式。最终实现了对两相混合式步进电机SPWM波细分驱动，大大提高了步进电机的运转性能。 本文介绍了两相混合式步进电机的工作原理、控制原理以及细分驱动的基本原理。通过对恒转矩细分驱动的分析，提出了两相混合式步进电机SPWM波细分驱动的方案，并给出了SPWM波产生的数学模型。最后，对步进电机的SPWM波细分驱动系统进行了实验测量，给出了实验结果。 实验的结果表明，设计的基于DSP与FPGA的SPWM波细分驱动系统可以很好地克服电机低频振荡的问题，提高电机在中、低速运行的性能。电机的扫描范围与理论值基本接近；微步距在误差允许的范围内也基本可以满足要求。
上传时间： 2013-04-24
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超声波电机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、动作相应快、运行无噪声、无输入自锁等卓越特性，在非连续运动领域、精密控制领域要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。 本文主要研究了行波型超声波电机的嵌入式驱动控制系统设计。系统是基于ARM嵌入式微控芯片设计的。全文共分为6部分。第一章主要介绍了国内外超声波电机驱动控制技术在国内外的发展状况，ARM芯片的结构原理以及本课题的选题意义。第二章在前人的研究基础上做了系统仿真，为系统的硬件设计提供设计指导。第三章提出了基于ARM的超声波电机嵌入式驱动控制系统设计方案，并介绍了系统各个模块的设计与调试的过程和结果。第四章介绍了uC/OS-Ⅱ操作系统在ARM上的移植，以及基于该操作系统的电机控制系统软件设计流程。第五章介绍了系统各子程序的设计，速度控制与定位控制的算法设计，以及系统调试的结果。第六章总结了本论文的主要贡献、存在问题以及后续课题的研究方向。
上传时间： 2013-04-24
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开关磁阻电机是电机技术与现代电力电子技术、微机控制技术相结合的产物，既具有结构简单坚固、成本低、容错能力强，耐高温等优点，又在高度发展的电力电子和微机控制技术的支持下获得了良好的可控性能，目前己经在多个工业部门得到应用。因此，开关磁阻电机在驱动调速领域有着良好的发展前景。本论文在对前人成果的广泛了解和研究基础上，以philip公司生产的LPC2101为主控芯片，充分利用其高速运算能力和面向电机控制的高效控制能力，设计并制作了SRM控制器与系统软件。本文以开关磁阻电机的调速控制策略及其控制实现方法为主要研究内容，对开关磁阻电机的数学模型、功率变换器技术、控制策略、控制方案的实现进行了全面深入的研究。 全文的研究工作分为五个部分，第一部分介绍了开关磁阻电机调速系统的构成及基本工作原理，综述了开关磁阻电机的国内外发展现状、特点及研究动向，总结了开关磁阻电机系统存在的技术问题，提出了本文的研究目的和主要研究内容。 第二部分引用并讨论了SR电动机的基本数学模型和准线性数学模型，然后基于此重点分析了与电动机运行特性密切相关的相电流波形与转子角位移的函数关系，最后根据课题所关心的控制系统设计，在理论分析的基础上提出了SR电动机控制方案并进行了原理性分析，对SR电动机各个运行阶段的特点进行分析并初步提出控制方案。 第三部分对SR电动机调速系统的硬件设计进行了详细说明，主要包括以LPC2101为核心的控制系统的研究与设计，根据SR电机的控制特点，尽可能地开发了LPC2101的硬件资源和软件资源，使控制系统具有很高的控制精度和灵活性，然后对功率变换器进行了设计和制作，分析了各种主电路形式的优缺点，采用了新型IGBT功率管作为主开关元器件，使功率变换器结构得到简化，设计了IGBT的功率驱动电路，并专门设计了电压钳位电路和诸如过压、过流保护等保护单元，保证了整个系统安全可靠地运行，然后分析了SR电动机控制系统位置传感器检测电路设计、电流及电压斩波电路设计、电流检测及保护电路设计等。 第四部分主要介绍了系统的总体控制思想，分析了各个运行阶段的控制策略，对控制策略的软件实现进行了设计，并给出了软件实现的具体流程图，直观地体现了软件编程思想。最后，对系统进行了实验研究及分析。目前，该控制系统已调试完毕，基本实现预期功能。 本文对以ARM为控制核心的开关磁阻电动机控制系统进行了研究，得出了基于有位置传感器检测的控制方案。针对SR电机的控制特点，充分利用了ARM的硬件资源，采用PID数字调节，发出相通断信号和PWM信号，并和电流、电压等保护信号相结合，实现对主功率元件的通断控制。并且设计了相应的外围硬件检测、保护、控制及人机接口电路，使控制系统结构紧凑，可靠性高；系统的控制软件设计，采用模块化的程序设计方法，增强了系统的可读性及可维护性，实现了一种电压斩波和电流斩波控制相结合的控制方式;结合系统的硬件设计，开发了相应的软件模块，使系统具有完善的保护和控制性能。 本系统经过试验，调速范围可达100～2000转/分，效率较高，性能优良，验证了控制思想和控制方法的正确性。
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·目 录文摘英文文摘独创性声明及学位论文版权使用授权书第一章绪论1.1交流电机调速技术的发展状况1.2现代交流调速系统的类型1.2.1同步电动机调速系统的基本类型1.2.2异步电动机调速系统的基本类型1.3现代交流调速系统的发展趋势和动向1.3.1控制理念与控制技术方面的研究与开发1.3.2变频器主电路拓扑结构研究与开发1.3.3 PWM模式改进与优化研究1.3.4中压变频装置的研究与开发1.4本文
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