以“混合式步进电动机驱动控制系统设计”和“电动座椅控制系统设计”作为实际应用背景,分析了两种不同种类电动机的原理特性和控制方法,阐述了这两个系统的开发过程,研究了单片机在这两个系统中的应用,进一步挖掘了单片机在电机运动控制领域中的应用潜力。 文中分两个部分分别对这两个系统进行了介绍。在混合式步进电动机驱动控制系统部分,介绍了步进电动机的运行特性和控制方法,建立了仿真模型并对步进电动机各主要的运行特性进行了仿真研究,着重叙述了步进电动机多步距角控制、斩波恒流控制和升降频控制等控制功能,以及上位机控制软件的实现过程。电动座椅控制系统部分,首先阐述了无刷直流电动机的运行特性,建立了仿真模型并对先进PID控制方法在无刷直流电动机中的应用进行了仿真研究,着重阐述了位置记忆功能的实现过程。 实验结果表明,系统硬件和软件设计合理可行,圆满的完成了既定的开发任务,实现了所有的预定功能,且运行性能良好。混合式步进电动机驱动控制系统可以通过上位机和控制面板分别控制,可以驱动不同种类的步进电动机且具备多种控制功能。电动座椅控制系统将无刷直流电动机应用到了电动座椅领域,且实现了电动座椅的智能化。这些也正是本文的创新之处。另外,结构化的硬件设计方法及模块化的软件设计法使得系统具有较好的通用性和可扩展性。
上传时间: 2013-05-26
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永磁无刷直流电动机具有惯量小、控制简单、动态性能好等优良特性,因此在航天、机器人、数控机床等许多领域得到了广泛应用。无刷直流电机在国外已经成功应用于对系统要求较高的场合,近年来在国内也引起了广泛的兴趣。本课题针对轮式机器人,设计了无刷直流电动机并设计相应控制系统。 首先,本课题分析了机器人用无刷直流电动机的组成结构、绕组连接,并对三相无刷直流电动机星角接工作方式进行比较,按照无刷直流电动机两种模式运行、多极分数槽等特点进行局部设计。最终以爬坡时状态为参考,经过多次计算得到无刷直流电动机的初始设计方案。 其次,为了提高设计的可靠性及设计成本,本课题用MaxwellRMxprt和Maxwell 2D有限元分析软件来对所设计的电磁设计方案进行验证。应用Maxwell 2D软件进一步对设计方案进行分析和校验,以校核仿真结果参数能否与设计方案相吻合。 最后设计了无刷直流电动机的PIC单片机控制系统并对无刷直流电动机进行系统仿真。控制系统CPU采用PIC16F877单片机,它能够提供最佳的性能价格比。系统采用IGBT 专用栅极驱动集成电路IR2130,来控制系统主电路。系统仿真采用MATLAB/SIMULINK软件,检验所设计电机在系统中的性能。 结论,本课题主要包括五部分:无刷直流电动机绕组连接分析,初始数据方案设计,Maxwell对电磁设计方案进行验证,设计PIC单片机控制系统,应用MATLAB对电机控制系统进行仿真。通过这五部,本文完成了轮式机器人用无刷直流电动机进行设计及相应控制系统的设计。
上传时间: 2013-07-28
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电动油泵在国外高中档汽车中已有广泛应用,在国内,一些国产汽车也开始使用电动燃油泵,目前油泵电机普遍采用有刷直流电机,从而带来寿命短、可靠性低、EMC性能差等不利影响。本论文基于实际需要,采用Magneforce/BIDC软件,设计了一台无刷直流电机油泵电机代替原有有刷直流电机,以期改善原有电动油泵的运行性能,提高可靠性,延长使用寿命。文中给出了两种满足性能指标的方案,并对它们的工作特性及额定运行性能作了比较。并就其中一种方案(四极六槽结构)研究了磁钢极弧宽度、超前导通角对电机性能的影响,以及一系列设计参数对定位转矩的影响。之后,论文采用了ANSOFT/MAXWELL软件对样机进行了磁场分析,得出了样机在一个电周期内空载和负载时的磁场分布规律。另外论文采用了ANSYS软件,分析了样机的温度场分布。 为了进一步分析无刷直流油泵电机的可靠性,论文建立了带霍尔位置传感器的无刷直流电机的Simulink仿真模型,并利用该仿真模型对无刷直流电机所可能发生的故障进行了仿真研究。仿真了无刷直流电机常见的包括电机本体、逆变器及位置传感器在内的三类故障运行情况,在理论上对各个故障仿真结果进行了详细分析,并在样机上实验验证了仿真结果,这对进一步提高无刷直流电机的故障诊断水平及提高电机的可靠性具有重要的指导意义。 论文还根据样机的性能参数及实际应用的需要,研制了一台基于ML4425的无刷直流电机无位置传感器控制器。实验证明,该无位置传感器控制无刷直流油泵电机可以取代原有的有刷电机,满足实际应用的需要。
上传时间: 2013-05-29
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随着无刷直流电机在工业控制和家用电器等领域中的应用越来越广泛,其传统的带位置传感器无刷直流电机控制呈现出越来越多的局限性,由此,无位置传感器控制便应运而生,特别是“反电势”法无位置传感器控制逐渐受到了人们的青睐,并成为无刷直流电机控制系统的研究热点及发展主流。 论文在详细介绍了无刷直流电机的运行原理及数学模型的基础上,对反电势过零检测法无位置传感器控制的原理以及过零检测电路的设计进行了详细的分析和研究。由于在零速或低速时电机反电势为零或很小,基于反电势的控制方法都需要特殊的起动技术,本文在分析常有起动方法的优缺点的基础上,提出了一种新的起动方法一转子位置闭环起动法,该起动方法包括转子零初始位置检测、转子位置闭环加速以及切换至反电势法运行三个步骤,并通过仿真和实验证明,与传统的三段式起动方法相比,该起动方法具有更优良的起动性能。同时,本文还对反电势法无位置传感器控制的检测误差及干扰影响进行了系统的理论分析,并提出了相应的误差补偿及干扰抑制措施。 最后,确立了以MC56F805为核心的无刷直流电机无位置传感器控制系统的硬件系统,搭建了相应的硬件实验平台。在Codewarrior集成开发环境下完成了整个无刷直流电机无位置传感器控制系统的软件设计。实验证明,所研制的试验软硬件平台能很好地完成无刷直流电机无位置传感器控制功能,控制系统结构简单、响应快速、可靠性高。
上传时间: 2013-07-21
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在永磁无刷直流电机中,即使电枢绕组不通电,由于水磁体产生的磁场同定子铁芯的齿槽相互作用而产生转矩,即齿槽定位力矩。定位力矩使电机输出转矩波动,产生振动和噪声。影响齿槽转矩的因素很多,如齿槽的数量、齿槽形状、斜槽角度、磁钢的极弧系数以及辅助凹槽等等,因此,准确计算定位力矩较为复杂。本文利用麦克斯韦张量法来分析定位力矩,为电机设计提供理论参考。文中阐述了齿槽力矩产生机理,综述了抑制齿槽转矩的方法,探讨了抑制齿槽转矩的发展趋势。 本文以永磁无刷直流电机为对象,利用Ansoft有限元仿真软件,通过有限元分析对改变槽口宽度、定子斜槽、改变极弧系数和定子冲片增加辅助凹槽对定位力矩的影响进行了研究。深入分析了冲片辅助凹槽对抑制永磁无刷直流电机定位力矩的作用,因为冲片面加辅助凹槽的方法,生产中便于加工,对电机性能影响很小。结果表明,同一冲片上在对称位置上排布辅助凹槽能取得很好的效果,而以冲片中心线对称地加两个辅助凹槽时,辅助凹槽角度不同作用不同。对不同冲片,适合的辅助凹槽角度也是不同的。 最后对这几种抑制定位力矩的方法进行优化组合,找出了一个最优的抑制永磁无刷直流电机定位力矩的方案。
上传时间: 2013-06-18
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盘式永磁无刷直流电动机的设计可以借鉴圆柱式无刷直流机和一般盘式电机设计的方法,但又有其独特的特点.本文主要研究的盘式永磁无刷直流电机的电磁分析与设计.考虑到盘式电机特殊的磁场形式,本文从磁场分析方法入手,研究了盘式永磁无刷直流电机的电磁设计特点,比较了与普通圆柱式电机之间的异同,并给出了一个电磁设计程序.
上传时间: 2013-07-15
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本文首先介绍无刷直流电机原理及其常用的控制方法。在建立了无刷直流电机数学模型的基础上,构建了MATLAB环境下控制系统的仿真模型,并对各个仿真模块进行了分析。设计了无刷直流电机控制系统的硬件电路。该控制系统以Motorola公司的MC68HC908JL3单片机为核心,功率变换电路采用三菱公司IPMPS21246-E模块。介绍了电路的各个组成部分,给出了控制系统中采用的软硬件抗干扰措施。针对双闭环无刷直流电机调速系统,深入研究了基于串级PI控制的控制策略,给出了参数选择方法,并进行了仿真分析。根据所设计的硬件电路及采用的控制策略,编制了相应的控制系统软件。系统软件由物理层和应用层组成。物理层的程序模块是基本的硬件功能实现模块,包括启动按键读入模块、ADC模块、故障显示模块、中断模块。应用层程序调用物理层程序模块,通过一定的算法逻辑,实现整个系统软件的功能。最后对无刷直流电机控制系统进行了调试。给出了系统运行中的电压、速度和电流等信号的实测波形,并进行了分析。调试结果表明,该系统稳定可靠,具有良好的调速性能,达到预期的效果。
上传时间: 2013-07-11
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v无刷直流电动机具有结构简单、可靠性高、维护方便、运行效率高和调速性能好等优点,随着微处理器技术、电力电子技术、控制理论,以及低成本、高磁能积永磁材料的发展,得到越来越广泛的应用。无刷直流电动机采用无位置传感器控制,电动机结构更加简单,应用范围扩大,相对于有位置传感器控制优势明显。本论文围绕无刷直流电动机的无位置传感器控制进行较为系统和深入的研究。 首先,论文从基本电磁定律出发,在分析无刷直流电动机结构和工作原理的基础上,建立了无刷直流电动机的数学模型,为分析无刷直流电动机无位置传感器控制奠定基础。 其次,根据无刷直流电动机反电势过零检测原理,对反电势过零检测法的各种实现方法进行研究,比较各种实现方法的优缺点,指出它们的适用范围。在此基础上,给出带通滤波法及其简化电路形式,提出使用带通滤波器获取反电势三次谐波的方法。论文将直流电源负端电压作为带通滤波法和带通滤波三次谐波法的参考电平。 论文对无刷直流电动机无位置传感器控制中的关键问题-起动方法进行研究,在详细分析“三段式”起动方法的实现过程的基础上,给出了从外同步到自同步平稳切换的条件。论文在研究无刷直流电动机无位置传感器控制换相方法的基础上,提出了一种新的换相方法,提高了电动机运行平稳性和系统稳定性。在带通滤波三次谐波法中使用该换相方法,无需对三次谐波积分即可得到换相时刻。 滤波器是反电势法中反电势过零检测电路的重要组成部分。论文在分析无刷直流电动机端电压信号特点的基础上,给出滤波电路的技术要求,根据滤波器基本设计原理,分别对一阶RC无源带通滤波器和二阶RC有源低通滤波器进行电路设计和参数计算,并通过实验验证理论分析和仿真结果。这些为通过检测反电势过零点获得可靠的换相信号创造了条件。 论文还分析了无刷直流电动机无位置传感器控制中产生转子位置检测误差的原因,提出了相应的校正方法。通过分析无刷直流电动机的换相过程,建立了换相状态的等效电路和数学模型,研究了转子位置误差引起的电动机超前、滞后换相现象,及其由此产生的非导通相环流,在理论分析的基础上,进行了仿真计算,并与实验结果对照分析。 功率器件的功率损耗分析在逆变器设计和提高控制系统的可靠性方面具有重要作用。论文构建了由IGBT组成的简化逆变器模型,并进行仿真研究。针对不同的开关频率和栅极电阻,定量计算了IGBT开关过程中各阶段的功率损耗,给出了变化规律,对逆变器的设计具有重要的指导意义。最后,论文研制了基于反电势过零检测法的无位置传感器无刷直流电动机控制系统,控制系统由硬件和控制软件两部分组成。硬件部分包括主电源整流滤波电路、控制电源电路、反电势过零检测电路、驱动和逆变电路以及保护电路等,控制软件包括电动机起动模块(包括定位、加速、切换)、电动机运行控制模块(包括过零检测及校正、换相)和各保护功能模块。对系统进行了调试,并对论文中所分析和提出的各种方法进行了相关的实验研究,给出了实验结果。
上传时间: 2013-06-06
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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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无刷直流电机是随着电力电子技术的发展和高性能永磁材料的出现而迅速发展起来的一种新型机电一体化电机。随着无刷直流电机在各个领域的广泛应用,无位置传感器控制方法的优势越来越明显,特别是“反电势法”无刷直流电机控制方法已经发展成为最实用的无位置传感器控制方法。 论文在介绍常用的无位置传感器无刷直流电机控制方法的基础上,详细分析了“反电势法”无刷直流电机控制原理。深入研究了两种反电势过零检测方法,采用“直接反电势法”设计了反电势过零检测电路。该方法不需要引出电机中性点,通过选择PWM和导通控制策略,就能直接从电机端电压获得反电势过零点信号。它避免了开关高频调制产生的干扰,不需要对端电压进行滤波。建立了基于PSPICE软件的仿真模型并对其进行了仿真验证。以按摩椅用无刷直流电机为样机,设计了“直接反电势法”无刷直流电机控制系统的硬件电路,详细介绍了电路各个组成部分,同时给出了控制系统中所采用的软硬件抗干扰措施。 论文介绍了“直接反电势法”无刷直流电机控制常用的起动方法,深入讨论了“三段式”起动技术,对“三段式”起动技术中转子预定位、外同步加速和外同步到自同步的切换进行了详细的分析,并围绕“三段式”起动技术详细介绍了“直接反电势法”控制软件设计流程。 最后,通过实验验证了这种方法的可行性和正确性。
上传时间: 2013-05-24
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