本文分析了永磁同步直线电动机的运行机理与运行特性,并通过坐标变换,分别得出了电机在a—b—c,α—β、d—q坐标系下的数学模型。针对永磁同步直线电机模型的非线性与耦合特性,采用了次级磁场定向的矢量控制,并使id=0,不但解决了上述问题,还实现了最大推力电流比控制。为了获得平稳的推力,采用了SVPWM控制,并对它算法实现进行了研究。 针对速度环采用传统PID控制难以满足高性能矢量控制系统,通过对传统PID控制和模糊控制理论的研究,将两者相结合,设计出能够在线自整定的模糊PID控制器。将该控制器代替传统的PID控制器应用于速度环,以提高系统的动静态性能。 在以上分析的基础上,设计了永磁同步直线电机矢量控制系统的软、硬件。其中电流检测采用了新颖的电流传感器芯片IR2175,以解决温漂问题;速度检测采用了增量式光栅尺,设计了与DSP的接口电路,通过M/T法实现对电机的测速。最后在Matlab/Simlink下建立了电机及其矢量控制系统的仿真模型,并对分别采用传统PID速度控制器和模糊PID速度控制器的系统进行仿真,结果表明采用模糊PID控制具有更好的动态响应性能,能有效的抑制暂态和稳态下的推力脉动,对于负载扰动具有较强的鲁棒性。
上传时间: 2013-07-04
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交流伺服技术是研制开发各种先进的机电一体化设备,如工业机器人、数控机床、加工中心等的关键性技术,但是要提高交流伺服系统的控制性能关键在于伺服控制器对电机动态和静态响应的控制,要获得良好的电机动、静态性能关键在于伺服控制器的控制算法。为此,本文开展了主要针对电机控制算法中的PID控制器参数整定算法研究。研究工作是基于黑龙江省科技攻关项目为支撑。 本论文在查阅大量文献资料的基础上,掌握了系统构成和基本控制原理,并分析了国内交流伺服存在的问题,设计了基于TI公司电机数字化控制芯片TMS320F2812的交流伺服控制器的控制单元;基于三菱公司智能化功率器件IPM设计了控制器的功率单元;以及电源单元和相关电路的保护单元。 基于电机矢量控制原理,构建了永磁同步电机的矢量控制模型,在原有研究的基本PID控制基础上,根据模糊控制的基本原理,研究了应用于电机控制的模糊参数自整定PID控制器设计原理,构建模糊参数自整定PID控制器的数学模型,并进行该系统的仿真研究和实际应用程序设计。 本文的重点是阐述模糊参数自整定PID控制器的设计原理和方法,利用基于模糊参数自整定PID控制器的交流伺服系统仿真模型,应用Matlab/Simulink仿真软件平台验证模型和算法的正确性,并与常规PID控制性能进行对比分析。在实际硬件平台验证了本文提出算法的可行性和正确性。 通过仿真和实际结果对比得出结论,模糊参数自整定PID控制器可以提高交流伺服系统的动态和静态性能。
上传时间: 2013-04-24
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果园收获作业机械化、自动化是广大果农们关注的热点问题,开展果树采摘机器人研究,不仅对于适应市场需求、降低劳动强度、提高经济效率有着一定的现实意义,而且对于跟踪世界农业新技术、促进我国农业科技进步,加速农业现代化进程有着重大的历史意义。 果树采摘机器人是一个集环境感知、动态决策与规划、行为控制与执行等多种功能于一体的综合系统,它是由机械手固定在履带式移动平台上构成的一类特殊的移动机器人系统。本文在国家“863”高技术项目“果树采摘机器人关键技术研究”支持下,以自行设计的机器人机械结构为研究对象,对果树采摘机器人的控制系统进行了分析、研究和设计,设计了视觉伺服控制器,并对采摘机器人避障技术进行了探讨。主要工作如下: 首先,分析了果树采摘机器人机械结构,介绍了机器人运动学理论,根据自行设计的5自由度机械臂机械特性,采用几何结构算法,建立了果树采摘机器人机械臂的正、逆运动学方程。 其次,基于开放、先进和可靠的考虑,采用开放式结构设计机器人的控制系统。在开放式控制系统设计中,主要对果树采摘机器人硬件组成部分主控计算机、运动控制器、数据采集卡等进行了选型设计。在分析果树采摘机器人工作环境和工作特性的基础上,设计了果树采摘机器人的外围传感器。 再次,根据果树采摘机器人机械结构和控制系统结构组成,设计了PID控制器,应用于机器人视觉伺服控制,实现果树采摘机器人的实时控制。在详细论述关节式机器人避障方法的基础上,对果树采摘机器人避障方法进行了初步的探讨,提出了采用C—空间法实现采摘机器人实时避障。 最后,建立了传感器实验平台,通过实验验证了所设计传感器的正确性。利用固高PAN&TILT两维数控转台和实地拍摄的苹果图像,对所提出的控制方法通过转台控制实验进行了验证。
上传时间: 2013-08-05
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异步电动机直接转矩控制技术是近年来发展起来的一种新型、高性能交流调速技术。它利用电压源型逆变器的工作过程,控制定子磁链的走或停,即调整定子磁链与转子磁链的夹角大小,从而对电机转矩进行直接控制以获得良好的动态性能。 论文首先探讨了直接转矩控制技术的现状和发展趋势,阐述了直接转矩控制的基本原理,分析了常用的圆形磁链轨迹控制方法,详细介绍了直接转矩控制系统主要模块的设计和实现。在分析交流异步电机动态数学模型、转矩和磁链计算方程的基础上,分析了直接转矩控制的异步电动机在低速运行时存在转矩脉动和转速波动较大的问题。基于占空比控制和离散占空比控制的异步电动机直接转矩控制方法,由电机电磁转矩公式和合成电压矢量理论推导了直接计算占空比的方法,在不影响系统各方面性能指标的情况下使降低转矩脉动的计算量大大减少,方便了计算和使用。两种方法均具有系统结构简单、占空比计算量小等优点。研究结果验证了这两种方法的正确性和有效性。在第一种方法中加入了单神经元控制器,使系统的动静态性能得到了提高。接着对利用空间电压矢量调制的直接转矩控制系统进行了研究。仿真结果表明此种方法能够有效的降低转矩脉动,使系统性能得到提高。 以TMS320F2812DSP为CPU搭建了直接转矩控制硬件实验平台,调试了硬件电路。编写了相关软件流程图和程序清单。
上传时间: 2013-04-24
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无功补偿对于现代电力系统的运行与稳定性来说是必不可少的。静止无功发生器(SVG)经过了三十多年的发展,已经在无功补偿技术上得到广泛的应用。它具备优越的动态性能,可以大大提高电力系统的电压调整能力和系统稳定性,进而提高电力系统的输电能力。在我国,充分发挥SVG的作用,显得尤为迫切。 本文论述了SVG的发展概况,研究了SVG的工作原理,对大容量的主电路结构进行了比较分析,并在此基础上建立了SVG的稳态数学模型和标幺值数学模型。然后,阐述了瞬时无功功率理论,给出了无功电流检测的具体算法,并利用MATLAB仿真软件对该算法进行了仿真实现。接下来研究比较了SVG的两种传统控制策略,介绍了几种PWM触发技术,其中着重研究了空间矢量PWM(SVPWM)的算法。利用MATLAB仿真软件对基于传统电流间接闭环控制算法的SVG进行了系统级仿真实现,在与电流直接控制的SVG仿真结果做对比后,指出各自的补偿特点。文章重点在结合以上算法各自的优缺点、电网本身的大扰动和电力系统对SVG控制性能的严格要求后,给出了一种新型电压电流双闭环的控制方法。其中电流内环采用瞬时无功电流的PI反馈控制,PI值根据系统数学模型中iq△δ的比例关系,采用了齐格勒-尼柯尔斯法则进行整定;而电压外环则采用系统动态电压的智能遗传PI反馈控制,利用智能遗传算法对PI值进行整定。用MATLAB/SIMULINK分别对两个环节的控制算法进行了仿真,并针对外环控制器的遗传PI算法,与PI算法的仿真结果做了对比,证明了遗传PI的优越性,为基于双闭环控制的SVG系统级仿真打下了基础。最后,文章利用MATLAB/SIMULINK/PSB对新型电压电流双闭环系统的SVG进行了仿真实现,并对在电网不同情况下的补偿效果与传统电流间接控制的SVG进行了分析与比较。仿真结果表明该控制方式具有更好的动态性能。
上传时间: 2013-04-24
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三相逆变器作为交流供电电源的主要部分,广泛地应用于电动车、电力设备、产业设备、交通车辆等领域。逆变器的并联控制技术以其广泛的应用前景也得到越来越深入地研究。人们对逆变电源的要求越来越高,高性能、高可靠性的大功率逆变器就是当今逆变电源的发展趋势之一。提高逆变电源容量主要有两个途径,设计大功率的逆变器和采用逆变器并联技术实现电源模块化。 为此,本文以两台400kVA组合式三相逆变器为对象,采用全数字化控制方式,主要研究了大功率三相逆变器的波形控制技术和并联控制技术。本文围绕大功率组合式三相逆变器,对其主电路结构、系统的数学模型、波形控制技术以及并联系统模型、并联控制方案进行了较为详细的分析和研究。分析了适用于大功率的组合式三相逆变器结构,并给出了400kVA组合式三相逆变器的主电路设计。建立和分析了组合式三相逆变器在ABC、αβ、dq 坐标系下的数学模型。针对大功率组合式三相逆变器,采用在dq 坐标系下的三相电压闭环统一控制方案。为了使大功率三相逆变器得到较好的输出电压波形质量,采用PID 瞬时值电压反馈控制和重复控制并联结合的控制方案。分析了PID 控制器和重复控制器的原理,并针对400kVA 三相逆变器的系统性能,给出了相应数字PID 控制器和重复控制器的设计。并利用Matlab 建立了系统的仿真模型,给出了理论研究结果。提出了有效提高系统动态性能的两种方法:加负载电流前馈和动态过程中强制改变改变调制比。介绍了大功率三相逆变器的短路限流保护技术,提出了采用瞬时值限流电路和单独的软件限流环相结合的方案,保证大功率三相逆变器在短路时自动限流保护。对两台大功率三相逆变器组成的并联系统的结构、环流特性及逆变器的输出功率进行了分析。详细分析了输出阻抗特性不同时,逆变器环流和输出功率分配的差异,得出了输出阻抗对环流和功率影响的一般规律。针对大功率三相逆变器并联系统,采用基于功率误差的分散逻辑控制方案。分析了基于功率误差的分散逻辑控制原理,逆变器输出功率的检测和母线信号综合的脉宽调制原理。根据400kVA 三相逆变器并联系统的输出阻抗特性,采用了无功调节输出电压幅值和同步锁相实现相位同步的并联控制策略。 本文最后在两台400kVA组合式三相逆变器样机上得到了实验验证。实验结果进一步验证了大功率三相逆变器的波形控制和并联控制策略有效可行性。
上传时间: 2013-07-03
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随着我国工业化进程加快,各种电力负荷迅速增加,造成了电网无功功率消耗增加,使电能的传输和利用效率降低,电能质量中的无功功率补偿问题变得越来越重要。静止无功发生器(STATCOM)作为柔性交流输电系统的重要装置之一,是无功功率补偿发展的趋势。 论文首先介绍并比较了现有的无功补偿装置,分析了STATCOM相对于其他无功补偿装置的优越性。总结了STATCOM的间接电流控制和直接电流控制两种控制方式,并对两种控制方式所衍生的几种控制结构进行了介绍,说明了其控制原理。 详细讨论了直接电流控制的几种控制结构,并建立了相应的仿真模型,进行了仿真和比较分析。研究了它们在稳态性能和动态性能上的优缺点。其中重点讨论了采用空间电压矢量调制方法(SVPWM)跟踪给定电压矢量,来控制STATCOM的电流产生,并且采用直流侧电压可变给定。仿真结果证明此种方法具有直流侧电压利用率高、降低功率器件的开关损耗、适应电网电压不对称的环境的优点。 介绍了基于FPGA和DSP硬件开发平台设计方法。对FPGA的控制软件编程设计进行了详细讨论,其中重点讨论了应用DSP builder。工具箱实现全数字三相锁相环和SVPWM控制模块的方法。
上传时间: 2013-04-24
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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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异步电机无速度传感器矢量控制技术提高了交流传动系统的可靠性,降低了系统的实现成本。准确辨识电机转速是实现无速度传感器矢量控制的关键。 本文对无速度传感器矢量控制系统进行了研究,建立了异步电动机无速度传感器电压解耦矢量控制系统和基于模型参考自适应(MRAS)的无速度传感器矢量控制系统。基于MRAS的无速度传感器矢量控制系统利用电动机定子电压方程和电流方程得到电动机转速的模型参考自适应辨识算法,在此基础上建立了一个改进的变参数MRAS速度辨识数学模型,并利用Matlab软件对基于该速度辨识模型的无速度传感器异步电动机矢量控制系统在不同的情况下进行了详细的仿真研究。仿真结果验证了该改进的变参数MRAS速度辨识模型具有令人满意的辨识精度和动态性能。 基于MRAS的转速估算理论从本质上来说属于基于电机理想模型的转速估算方案,该方法依赖于电机参数,而电机参数在电机运动过程中变化很大,因而给出了对电机的一些定、转子参数进行实时辨识方法,以保持系统的动、静态性能。 在传统型模型参考自适应系统基础上,将系统中原有的自适应调节机构用一个具有在线学习能力的人工神经网络取代,提出一种基于神经网络的异步电机转速估计方法,并给出了速度估计器的神经网络结构和学习算法。最后对基于神经网络转速估计的异步电机矢量控制系统进行了仿真,结果表明该系统具有良好的性能。 简单介绍了基于DSP的异步电机无速度传感器矢量控制系统的硬件结构以及软件系统的设计。
上传时间: 2013-05-30
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高频开关电源系统具有体积小、重量轻、高效节能、输出纹波小等优点,现已开始逐步成为现代电源系统的主流。但是在传统的开关电源技术中,它通常是采用模拟电路来实现电压或电流控制的。近年来,随着数字信号处理技术的日益完善、成熟,微处理器/微控制器和数字信号处理器性价比的不断提高,数字控制在以实现复杂的控制策略,采用数字控制具有更高的稳定性、可靠性和灵活性,并本文对开关电源的常用拓扑结构、模糊控制、模糊PID控制理论、PWM产生原理进行了研究,在此基础上设计了一种新型数字化的开关电源系统。该系统以TMS320LF2407为控制核心,利用模糊PID控制,建立电压环单环控制结构,直接生成数字PWM波形,经过IR2118驱动主电路的功率开关管(MOSFET)。 本系统采用模糊PID控制策略。该控制策略既能发挥模糊控制的动态响应快、超调量小、较好的适应性的特点,又能发挥PID控制的稳态精度高的优点,能较好的适应开关电源的非线性,实时性控制的需要。整个电源系统以DSP为控制核心,用单个TMS320LF2407 DSP芯片来集中实现电源输出调压和过压过流保护等要灵活地选择不同的控制功能。 另外,本文按照高频开关电源的设计步骤,采用基于DSP的数字控制方式,最后对本开关电源主电路进行了PID控制和模糊PID控制的对比仿真研究。仿真结果表明这种控制策略具有很好的控制性能,算法实现比较简单,同时控制模块设计简单,可靠性高,是一种比较实用、易于实现的控制算法。
上传时间: 2013-07-01
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