作为数控机床、机器人等的重要组成部分，随着加工制造、汽车等行业的发展，永磁交流伺服系统成为国内外研究和应用的一个重要领域。同时随着功率电子器件和微处理器的进步，伺服系统也逐步向全数字化方向发展，全数字化系统具有可靠性高、实现新控制策略容易、功能丰富等优点。 本文论述了永磁同步电机空间矢量脉宽调制控制的最新发展，分析了从基础理论到最新的控制算法的有关永磁同步电机空间矢量控制的许多问题。在对永磁同步电动机(PMSM)的数学模型和控制理论进行全面、深入研究的基础上，本文在PMSM 的电压空间矢量的弱磁控制方面做了大量的理论和实验研究，提出一种基于空间矢量PWM (SVPWM)的PMSM 定子磁链弱磁控制定方法，在电机转速达到基本转速之前采用最大转矩/电流策略控制，超过基本转速之后采用弱磁扩速的电流控制策略，使电机具有更大的调速空间，该策略可实现电压矢量近似连续调节，有效减小了PMSM 的转矩脉动，提高了系统的性能，仿真结果证明了这一结论。 在上述工作的基础上，研制开发了一套基于TMS320LF2407A 的高性能全数字永磁交流调速系统。该系统以空间矢量PWM 控制为核心。
上传时间： 2013-06-08
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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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在工农业生产和自动控制方面,经常要用到低速驱动,以前一般采用电动机加减速器或永磁感应子式电动机来实现,但是他们存在着很多缺点和不足。随着分数槽绕组结构的提出,分数槽永磁同步电机在低速驱动领域的应用越来越广泛。本文将对这种特殊结构的电机进行详细的介绍和分析。 分数槽绕组和整数槽绕组是电机绕组的两种重要形式。本文首先从电机结构和绕组电感两个方面对分数槽绕组电机和整数槽绕组电机进行比较,以加深对分数槽绕组结构的理解。分数槽绕组也存在对称性问题,即并不是所有的分数槽绕组都是各相对称的,接下来本文给出了分数槽绕组的对称条件,为分数槽绕组电机的设计提供依据。在分数槽电机中,节距y=1的分数槽绕组是一种非常重要的绕组,是中小型永磁电机和永磁交流伺服电机使用最多的的分数槽绕组,本文将对这种绕组形式进行详细介绍,为了便于以后分析和应用,还将给出这类电机常用的极槽配合和绕组的各种参数。整数槽电机60°相带绕组的排列比较简单,分数槽电机则显的比较复杂,本文将具体介绍两种绕组排列方法来解决这一问题。
上传时间： 2013-04-24
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在早期阶段，直流调速系统在传动领域中占统治地位。然而，从60年代后期开始，交流电动机在工业应用领域正在取代直流电动机，交流传动变得越来越经济和受欢迎。永磁交流伺服系统作为电气传动领域的重要组成部分，在工业、农业、航空航天等领域发挥越来越重大的作用。永磁同步电动机以其特点广泛应用于中小功率传动场合，成为研究的重要领域。然而，永磁同步电动机具有较大的转动脉动，而对于这些应用场合，转矩平滑通常是基本要求。因此，对永磁交流伺服系统的应用，必须考虑其转矩脉动的抑制问题。本文针对电机传动系统中参数变化对电机性能的影响，以永磁同步电机为例，围绕如何通过参数辨识来提高永磁同步电动机的控制性能，借助自行开发的全数字永磁交流伺服系统平台，对永磁同步电动机的磁场定向控制，参数辨识，神经网络和扩展卡尔曼滤波在控制系统中的应用，抑制转矩脉动，提高系统性能几个方面展开深入的研究。 本文从永磁同步电动机及其控制系统的基本结构出发，对通过参数辨识抑制转矩脉动进行了较为细致的分析。针对不同情况，通过改进电机的控制系统，提出了多种参数辨识方法。主要内容如下： 1、基于定子磁链方程，建立了永磁同步电动机的一般数学模型。经坐标变换，得出在静止两相（α—β）坐标系和旋转两相（d—q）坐标系下永磁同步电动机电压方程和转矩方程。 2、分析了永磁同步电动机id=0矢量控制系统的工作原理，介绍了永磁同步电动基于磁场定向的矢量控制的基本概念。经对永磁同步电动机系统进行分析，推导并建立了id=0控制时整个电机系统的数学模型。 3、基于超稳定性理论的模型参考自适应控制原理，设计了一种模型参考自适应控制系统，考虑电机参数的时变性，对永磁交流伺服系统的绕组电阻和电机负载转矩辨识进行了研究，以保持系统的动态性能。利用Matlab/Simulink建立仿真模型，对控制性能进行了验证，仿真实验证明这种方法的可行性。 4、人工神经网络具有很强的学习性能，经过训练的多层神经网络能以任意精度逼近非线性函数，因此为非线性系统辨识提供了一个强有力的工具。本章针对永磁同步电机提出了一种以电机输出转速为目标函数的神经网络控制方案，同时应用人工神经网络理论建立和设计了负载转矩扰动辨识的算法以及相应的控制系统的补偿方法，并应用MATLAB软件进行了计算机仿真，仿真证明和传统的控制方法相比，以电机输出转速为指导值和目标函数的神经网络控制方案能有效地提高神经网络的收敛速度，能有效地改善控制系统的动态响应，具有跟踪性能好和鲁棒性较强等优点。 5、电机的参数会随着温升和磁路饱和发生变化，需进行在线实时辨识。本文利用电机的定子电流、电压和转速，采用递推最小二乘法进行在线参数辨识，该方法不需要观测的磁链信号，消除了磁链观测和参数辨识的耦合。电机状态方程由于存在状态变量的乘积项，对电机参数辨识以后，仍然是非线性方程，为了对电机状态方程进行状态估计，得到电机的参数辨识值，本文采用扩展卡尔曼滤波进行状态估计，对以上方法的仿真实验得到了满意的结果。 6、本文基于数字电机控制专用DSP自行开发了全数字永磁交流伺服系统平台，通过软件实现扩展卡尔曼滤波对电阻和磁链的估计，以及基于磁场定向的空间矢量控制算法，获得了令人满意的实验结果，证明扩展卡尔曼滤波算法对电阻和磁链的实时估计是很准确的，由此构成的永磁交流伺服系统具有良好的静、动态性能。
上传时间： 2013-07-28
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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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在实际应用中，对永磁同步电机控制精度的要求越来越高。尤其是在机器人、航空航天、精密电子仪器等对电机性能要求较高的领域，系统的快速性、稳定性和鲁棒性能好坏成为决定永磁同步电机性能优劣的重要指标。传统电机系统通常采用PID控制，其本质上是一种线性控制，若被控对象具有非线性特性或有参变量发生变化，会使得线性常参数的PID控制器无法保持设计时的性能指标；在确定PID参数的过程中，参数整定值是具有一定局域性的优化值，并不是全局最优值。实际电机系统具有非线性、参数时变及建模过程复杂等特点，因此常规PID控制难以从根本上解决动态品质与稳态精度的矛盾。永磁同步电机是典型的多变量、参数时变的非线性控制对象。先进控制方法(诸如智能控制、优化算法等)研究应用的发展与深入，为控制复杂的永磁同步电机系统开辟了崭新的途径。由于先进控制方法摆脱了对控制对象模型的依赖，能够在处理不精确性和不确定性问题中有可处理性、鲁棒性，因而将其引入永磁同步电机控制已成为一个必然的趋势。本文根据系统实现目标的不同，选取相应的先进控制方法，并与PID控制相结合，对永磁同步电机各方面性能进行有针对性的优化，最终使其控制精度得到显著的提高。为达到对永磁同步电机进行性能优化的研究目的，文中首先探讨了正弦波永磁同步电机和方波永磁同步电机的运行特点及控制机理，通过建立数学模型，对相应的控制系统进行了整体分析。针对永磁同步电机非线性、强耦合的特点，设计了矢量控制方式下的永磁同步电机闭环反馈控制系统。结合常规PID控制，将模糊控制、遗传算法、神经网络和人工免疫等多种先进控制方法应用于永磁同步电机调速系统、伺服系统和同步传动系统的控制器设计中，以满足不同控制系统对电机动、静态性能的要求以及对调速性能或跟随性能的侧重。实验结果表明，采用先进控制方法的永磁同步电机具有较好的动态性能、抗扰动能力以及较强的鲁棒性能；与传统PID控制相比，系统的控制精度得到了明显提高。研究结果验证了先进控制方法应用于永磁同步电机性能优化的有效性和实用性。
上传时间： 2013-04-24
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在机器人学的研究领域中，如何有效地提高机器人控制系统的控制性能始终是研究学者十分关注的一个重要内容。在分析了工业机器人的发展历程和机器人控制系统的研究现状后，本论文的主要目标是针对四关节实验室机器人特有的机械结构和数学模型，建立一个新型全数字的基于DSP和FPGA的机器人位置伺服控制系统的软、硬件平台，实现对四关节实验室机器人的精确控制。 本论文从实际情况出发，首先分析了所研究的四关节实验室机器人的本体结构，并对其抽象简化得到了它的运动学数学模型。在明确了实现机器人精确位置伺服控制的控制原理后，我们对机器人控制系统的诸多可行性方案进行了充分论证，并最终决定采用了三级CPU控制的控制体系结构：第一级CPU为上位计算机，它实现对机器人的系统管理、协调控制以及完成机器人实时轨迹规划等控制算法的运算；第二级CPU为高性能的DSP处理器，它辅之以具有高速并行处理能力的FPGA芯片，实现了对机器人多个关节的高速并行驱动；第三级CPU为交流伺服驱动处理器，它实现了机器人关节伺服电机的精确三闭环误差驱动控制，以及电机的故障诊断和自动保护等功能。此外，我们采用比普通UART速度快得多的USB来实现上位计算机．与下位控制器之间的数据通信，这样既保证了两者之间连接方便，又有效的提高了控制系统的通信速度和可靠性。 机器人系统的软件设计包括两个部分：一是采用VC++实现的上位监控软件系统，它主要负责机器人实时轨迹规划等控制算法的运算，同时完成用户与机器人系统之间的信息交互；二是采用C语言实现的下位DSP控制程序，它主要负责接收上位监控系统或者下位控制箱发送的控制信号，实现对机器人的实时驱动，同时还能够实时的向上位监控系统或者下位控制箱反馈机器人的当前状态信息。 研究开发出来的四关节实验室机器人控制器具有控制实时性好、定位精度高、运行稳定可靠的特点，它允许用户通过上位控制计算机实现对机器人的各种设定作业的控制，也可以让用户通过机器人控制箱现场对机器人进行回零、示教等各项操作。
上传时间： 2013-06-11
上传用户：edisonfather
目前，大多数嵌入式自动化系统都以MCU为核心，与监测、伺服、显示等仪器、设备配合实现一定的功能。现场信息往往止步于“现场”，嵌入式自动化系统从而成为了“信息孤岛”，因而制约了其本身的发展。要实现大规模的信息集成、综合实施自动化，就需要一种能在工业现场环境下运行、可靠性高且实时性好的通信系统，形成工业现场的底层网络，完成现场自动化设备之间的多点通信。 Ethernet（以太网）和CAN-bus（控制器局域网）分别是目前全球应用最为广泛的国际互联技术和开放式现场总线。随着测控技术与网络技术日益紧密的结合，测控系统接入互联网已经成为大势所趋，这也促成了近年来嵌入式网络技术的飞速发展。以太网技术正在迅猛发展，将其应用到工控领域，可以达到降低成本，简化结构等成效。随着技术的发展以及实际的需要，将两者结合无疑会为控制领域的飞速发展带来巨大的原动力。本文设计了一种以ARM7处理器为核心的高性能嵌入式CAN-Ethernet网关，可以用来实现监控设备和现场设备之间稳固、简洁的互连通信，完成对大规模现场设备的实时测控。 本文具体的研究内容如下： 1）以LPC2290为主控MCU的CAN-Ethernet互连系统的设计思想以及整体结构设计； 2）CAN-Ethernet互连系统转换电路及外围接口电路设计，MCS-51单片机与MCP2510实现CAN总线通信； 3）μC/OS-Ⅱ操作系统在LPC2290上的移植以及互连系统应用软件设计实现与探讨； 4）CAN-Ethernet互连系统核心交换模块的设计； 5）使用HTTP协议实现Web服务的功能，并通过Web页面实现对现场设备的远程测控。
上传时间： 2013-08-06
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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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在机器人学的研究领域中，如何有效地提高机器人控制系统的控制性能始终是研究学者十分关注的一个重要内容。在分析了工业机器人的发展历程和机器人控制系统的研究现状后，本论文的主要目标是针对四关节实验室机器人特有的机械结构和数学模型，建立一个新型全数字的基于DSP和FPGA的机器人位置伺服控制系统的软、硬件平台，实现对四关节实验室机器人的精确控制。 本论文从实际情况出发，首先分析了所研究的四关节实验室机器人的本体结构，并对其抽象简化得到了它的运动学数学模型。在明确了实现机器人精确位置伺服控制的控制原理后，我们对机器人控制系统的诸多可行性方案进行了充分论证，并最终决定采用了三级CPU控制的控制体系结构：第一级CPU为上位计算机，它实现对机器人的系统管理、协调控制以及完成机器人实时轨迹规划等控制算法的运算；第二级CPU为高性能的DSP处理器，它辅之以具有高速并行处理能力的FPGA芯片，实现了对机器人多个关节的高速并行驱动；第三级CPU为交流伺服驱动处理器，它实现了机器人关节伺服电机的精确三闭环误差驱动控制，以及电机的故障诊断和自动保护等功能。此外，我们采用比普通UART速度快得多的USB来实现上位计算机．与下位控制器之间的数据通信，这样既保证了两者之间连接方便，又有效的提高了控制系统的通信速度和可靠性。 机器人系统的软件设计包括两个部分：一是采用VC++实现的上位监控软件系统，它主要负责机器人实时轨迹规划等控制算法的运算，同时完成用户与机器人系统之间的信息交互；二是采用C语言实现的下位DSP控制程序，它主要负责接收上位监控系统或者下位控制箱发送的控制信号，实现对机器人的实时驱动，同时还能够实时的向上位监控系统或者下位控制箱反馈机器人的当前状态信息。 研究开发出来的四关节实验室机器人控制器具有控制实时性好、定位精度高、运行稳定可靠的特点，它允许用户通过上位控制计算机实现对机器人的各种设定作业的控制，也可以让用户通过机器人控制箱现场对机器人进行回零、示教等各项操作。
上传时间： 2013-04-24
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