本文的主要工作是设计与开发了用于机床主轴直接驱动的全数字化永磁同步电动机矢量控制系统的软硬件平台,并利用该平台进行了仿真和实验研究,仿真和实验结果验证了该系统设计方案的可行性。 首先,详细阐述了坐标变换理论,根据永磁同步电动机的本体结构推导了其在各坐标系下的数学模型,深入研究了永磁同步电动机的矢量控制原理和id=0控制策略,此外对空间电压矢量脉宽调制(SVPWM)的基本原理和特性进行了研究。 其次,采用MATLAB软件建立了电机系统的仿真模型。整个仿真系统包括PMSM模块、Power Module模块、测量模块、坐标变换模块、电流、转速调节模块和SVPWM模块等。仿真结果验证了矢量控制和SVPWM技术应用于本系统的可行性,同时为系统平台设计提供了理论依据。 再次,为了提高系统的动静态特性和减小转动脉动,采用DSP TMS320F2812为核心进行了永磁同步电动机全数字矢量控制系统的软硬件设计。系统硬件包括电流检测、速度检测、显示电路、驱动电路、主电路和系统保护电路等;系统软件由DSP编程实现,采用基于id=0的转子磁场定向矢量控制方法,完成对永磁同步电动机的解耦控制。速度调节器和电流调节器采用常规PI控制算法,逆变器采用SVPWM控制策略。同时,给出了系统各模块的软件流程图,包括系统初始化程序、速度和电流调节程序、SVPWM的实现以及功率驱动保护等子程序等。 最后,在实验平台上做了大量深入的实验研究工作,并对试验波形做了深入分析。结果表明,该系统具有能够响应速度快,低转速运行平稳和抗干扰能力强等优点,可以满足主轴直接驱动要求。
上传时间: 2013-05-18
上传用户:lwwhust
随着工业电力电子技术的发展,电力系统中的非线性负载越来越多,由此带来的谐波公害越来越严重。应用现代技术对谐波等进行经济、有效地补偿是目前急待解决的重要问题之一。消除谐波的方法是加装滤波装置。对高压大容量谐波源国内外目前主要是采用LC谐振型无源滤波器(PassivePowerFilter,PF),这些滤波器还兼有无功和负序补偿功能。尽管PF具有初期投资小、运行效率高等优点,但其滤波效果受电力系统阻抗的影响较大,且只能消除特定次数的谐波,对于谐波次数经常变化的负载滤波效果不好,还可能与系统发生串联、并联谐振,导致谐波放大,使LC滤波器过载甚至烧毁。进入80年代以后,随着有源滤波技术的不断深入和用户对谐波问题的重视,以及电力电子技术的飞速发展,大功率可关断器件(GTR,GTO,IGBT等)的不断进步,有源电力滤波器(ActivePowerFilter,APF)作为抑制电网谐波、补偿供电系统无功功率的新型电力电子装置得到迅速发展,其中又以并联型有源电力滤波器的使用最为广泛。 本文以并联型注入式混合有源滤波器为基础,就其设计与应用的几项重要技术进行了研究,论文主要包括以下几个方面的内容: 1.就国内外有源滤波器的研究现状和发展概况作了较为全面的综述,介绍了目前研究的热点与难点。 2.研究了各型有源滤波器的基本拓扑结构和运行原理,分析了其各自的优缺点。 3.提出了一种适合大容量工程应用的混合型滤波器结构,结合工程实际完成了各组成部分的参数设计。 4.对各种谐波检测算法进行了比较研究,提出了一种准确性较高、延时较短的新型检测方法。 5.就APF中逆变器的PWM调制问题,提出了一种基于新的改进规则采样法的死区补偿方法。
上传时间: 2013-07-06
上传用户:ajaxmoon
本文首先简述了交流调速系统的发展和研究重点,介绍了异步电机调速系统的不同控制策略,详细论述了异步电机矢量控制系统的基本原理:异步电机的数学模型和坐标变换、矢量控制的基本方程式、转子磁链的观测方法、矢量控制的系统结构等,并重点分析了空间矢量脉宽调制(SVPWM)技术的基本原理、控制算法以及在TMS320LF2407中的实现方法。 从工程实际应用出发,本文设计和开发了一套以DSP芯片TMS320LF2407为核心的有速度传感器异步电机矢量控制系统,并给出了硬件和软件的实现方法。该系统的功率电路采用电压型的交-直-交变压变频结构,由整流电路、滤波电路及智能功率模块IPM(PM15RSH120)逆变电路构成;控制电路以DSP芯片TMS320LF2407为核心,加上PWM信号发生电路、定子电流检测电路、直流母线电压检测电路、智能功率模块驱动电路、速度检测电路、系统保护电路等,构成了功能齐全的异步电机全数字化矢量控制系统。 在此基础上,本文对无速度传感器异步电机矢量控制系统进行了有益的探索。提出了改进的电压型转子磁链估算模型,消除了电压型转子磁链估算模型中纯积分环节所固有的漂移问题和积累误差对实际系统性能的影响。在传统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模糊神经网络取代,提出一种基于模糊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模糊神经网络结构和学习算法。最后对基于模糊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。
上传时间: 2013-07-02
上传用户:amandacool
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
上传用户:qq1604324866
随着现代工业的迅猛发展,对作为工业装备重要驱动源之一的伺服系统的性能提出了越来越高的要求。永磁同步电机( PMSM)作为交流伺服系统的执行元件具有结构简单、功率密度高、效率高、易于散热及维护保养等优点,正得到越来越广泛地应用。要构建高性能的伺服系统,好的伺服控制系统则必不可缺,本论文主要围绕高性能的永磁同步电流伺服控制系统这一主题展开研究。 根据永磁同步电机的动态dq数学模型,从实现高性能的转矩控制出发,对永磁同步电机的矢量控制技术和直接转矩控制技术等控制策略进行了比较分析。针对本伺服系统永磁同步电机的转子结构特点,选用了具有线性控制转矩特性,能获得比较平稳转矩输出的基于转子磁场定向的id=0的矢量控制策略,同时还介绍了该策略的重要组成部分空间矢量脉宽调制技术(SVPWM),并在MATLAB仿真平台对所选控制方案进行了仿真研究。 对控制系统的软件部分进行了设计,详细分析了针对16位定点DSP控制器TMS320LF2407A的程序设计特点,建立了电机的标幺值模型,解决了变量的定标问题。并介绍了电机控制程序的总体结构以及相关模块的详细设计过程。 为实现高性能的伺服控制系统,使伺服系统输出平滑的转矩,本文还对电压型PWM逆变器“死区效应”引入的转矩脉动进行了分析,分析表明了在永磁同步电机矢量控制系统中,由“死区效应”造成的误差电压矢量与永磁同步电机转子位置之间的关系,并应用一种实用的死区补偿技术减小了转矩脉动,提高了系统的性能。 最后在伺服系统实验平台上对伺服控制系统进行综合调试,并在此基础上做了大量的实验研究,实验结果表明系统性能可靠且拥有优良的调速性能。
上传时间: 2013-06-18
上传用户:scorpion
异步电动机变频调速系统的频率范围、动态响应、调速精度、低频转矩、工作效率等方面具有很大优点。随着电力电子技术和计算机技术的飞跃发展,以此为基础的交流电机变频调速技术也取得了长足的进步,基于SVPWM的异步电动机矢量控制系统作为现代交流传动控制的一个重要研究方向,逐渐成为研究的热点。 异步电动机调速系统是一个多变量、强耦合的非线性系统,虽然常规的PID控制算法简单、可靠性高,但对于异步电动机这样的非线性系统控制效果一般。模糊控制作为智能控制的一个重要的分支,由于不需要建立对象的精确数学模型,且具有良好的鲁棒性和非线性的控制特性,非常适用于异步电动机调速系统。本文以提高异步电动机的调速精度和改善电动机的使用效率为目标,基于SVPWM的控制原理,分别采用传统PID控制器和模糊PID控制器,应用在异步电动机的调速系统中。 本文首先介绍了异步电动机调速方法和逆变器的PWM控制方法。并阐述了矢量控制、坐标变换、空间电压矢量调制的基本原理,给出了异步电动机在不同坐标系下的数学模型,为设计异步电动机矢量控制系统奠定了基础。同时给出了传统PID控制器和模糊PID控制器模型。为验证控制效果,文中基于MATLAB/Simulink平台,建立了控制器的计算机仿真模型,给出了仿真结果,并对结果做了详细的分析。比较了传统PID控制和模糊PID控制的效果,由仿真结果可以看出采用模糊PID控制算法具有较大的优越性。 最后,以TI公司的DSP控制芯片TMS320F2812为控制核心,设计了异步电动机的控制系统,硬件系统主要包括主电路、功率驱动电路、电压、电流检测电路等电路。另外设计了控制软件,并给出了软件的流程图。通过实验测得的波形,验证了控制方法的正确性和有效性。
上传时间: 2013-05-17
上传用户:dpuloku
目前离心机的变频控制,采用的多是通用变频器,没有自主开发的离心机专用的交流调速控制器。同时,在控制方法上采用的主要还是V/F控制以及矢量控制,而效率更高,性能更好的直接转矩控制方法则还没有得到广泛的应用。直接转矩控制技术,用空间矢量的分析方法,直接在定子坐标系下计算与控制交流电动机的转矩,采用定子磁场定向,借助于离散的两点式调节(Bang-Bang控制)产生PWM信号,直接对逆变器的开关状态进行最佳控制,获得转矩的高动态性能。直接转矩控制,控制结构简单、控制手段直接、信号处理的物理概念明确、转矩响应迅速,限制在一拍内,是一种具有高动态响应的交流调速系统。本文通过对直接转矩控制系统原理的分析、软硬件的设计制作、系统的调试试验,得到以下结论: ⑴直接转矩控制系统,控制手段直接、信号处理的物理概念明确、转矩动态响应迅速; ⑵直接转矩控制系统中,低速阶段转矩脉动明显,通过采用异步电动机适应全速的U-I模型,以及扇区细化等,可以有效减小转矩脉动;由于转矩和磁链采用离散的两点式调节,即使在高速运行阶段转矩也有轻微的脉动,通过细分磁链扇区,采用空间矢量脉宽调制技术可以有效减小脉动,提高系统控制性能; ⑶直接转矩控制系统中,检测环节及其重要,特别是电压、电流的检测。无论采用哪种电机模型,电压和电流都是最主要的参数,准确的电压、电流检测能够增加电机模型的正确性,为控制提供基本的保障; ⑷直接转矩控制系统中,对电机参数的要求简单,只需要知道电动机定子电阻,因此直接转矩控制系统的鲁棒性强,易于移植。
上传时间: 2013-04-24
上传用户:weddps
随着太阳能发电技术的日益成熟,太阳能的发电应用在世界范围内得以迅速推广。因此,太阳能光伏发电系统设计的作用越来越被人们所重视。 在现阶段,光伏发电系统的设计主要以系统工程师的设计为主,很少有计算机辅助的成分,因此设计出的方案带有较大的主观性和不确定性。由于光伏发电系统的设计过程中涉及到的数据量很大,所以工程师在设计过程中难免会忽略甚至错误地计算某些数据,从而导致部分资源没能得到合理地利用。如果能将计算机辅助设计融入到光伏发电系统的设计中来,一是可以大量节省光伏系统设计的时间,二是可以确保设计出的方案具有较高的实用性,并且可以使各种资源得到最大的利用。 国外目前应用的光伏系统设计相关软件主要有:德国西门子的PVDesigner,瑞士的PVSyst,加拿大的RETScreen,德国的PVSOL等。而国内在光伏系统设计方面的软件产品几乎为空白,因此开发一款适合在国内使用的光伏系统辅助设计软件具有重要的意义。 综上所述,本课题有较大的需求空间,并具有广阔的发展前景,对发展国内光伏发电系统具有深远的意义,同时具备应用和研究价值。笔者建立了光伏发电系统辐射量计算的数学模型,并根据数学模型应用Visual C#开发出适用于Windows平台的光伏系统辅助设计软件。该设计软件除了能进行一般的数据计算之外,更重要的是能自动地求出太阳电池组件、逆变器数目以及它们各自的串并联数目,为光伏发电系统的设计者解决设计中最为困难的问题,省去设计者大量的重复而复杂的分析和计算,为光伏发电系统的应用打开一扇方便之门。而通过实例验证,笔者设计的光伏系统辅助设计软件可为光伏发电系统提供较为合理的配置方案。
上传时间: 2013-04-24
上传用户:semi1981
地铁列车牵引转矩控制是影响列车安全可靠运行的重要因素,牵引变流模块是整个列车交流传动系统的核心设备,而牵引转矩控制又是最关键的部分。本文以某城市国产化地铁列车为研究对象,主要针对牵引转矩控制方案进行研究并通过设计列车通信网络对牵引转矩实施监测。 论文首先介绍地铁列车牵引转矩控制的研究现状,分析目前高性能交流调速方法在地铁列车牵引转矩控制中的应用现状。并简要介绍了网络监测技术的研究现状和CANopen总线协议在轨道交通车辆中的国内外应用现状。 采用可编程逻辑控制器PLC及其子模块构建了通信网络的硬件结构,并设计了通信网络软件。对CANopen的通信报文进行了具体设计,实现了应用层协议CANopen的功能。 根据实际运行的需求,对牵引电机转矩控制、牵引逆变器的PWM控制方式进行了研究。采用带转矩内环的转速、磁链闭环矢量控制方法,应用带定时调制环节的滞环电流比较PWM和优化脉冲控制方案分段对逆变器进行PWM控制。通过设计牵引系统与CANopen网络的数据接口,实现了通信网络对牵引控制效果的监测,并对牵引特性曲线进行分析;选取特性曲线上的特定工作点,对牵引控制效果进行了分析说明。测试结果表明本文讨论的牵引矢量控制和PWM控制方案能够很好地满足列车运营对牵引转矩的要求。 目前,该系统正在进行线路运行调试和性能改进,准备交付用户进行商业线路运营,具有很好的工程应用价值。
上传时间: 2013-08-02
上传用户:LYNX
无刷直流电机以体积小、重量轻、效率高、调速性能好、无换向火花及无励磁损耗等诸多优点被大量应用于家电、交通、医疗器械、数控机床及机器人等领域,现代工业的快速发展对无刷直流电机控制系统的性能要求也越来越高。可以预见,随着永磁材料和电力电子器件价格进一步的降低,无刷直流电机驱动理论的研究不断深入,无刷直流电机的应用前景将更加广泛。 本文通过阅读大量文献资料,介绍了无刷直流电机的发展现状、研究动态及工作原理等。在控制策略上,采用了基于智能控制思想的模糊控制,其特点是不依赖于对象模型,利用制定的控制规则进行了模糊推理从而获得合适的控制量。运用Matlab/Simulink对控制系统进行了建模和仿真,其中速度环采用模糊PI调节,电流环采用传统的PI调节,为后面的实验提供了理论分析的基础。 结合无刷直流电机的结构,利用电机内部的霍尔元件检测转子位置。根据模糊控制器的设计方法,给出了模糊控制查询表。采用TI公司的数字信号处理器TMS320F2812作为主控芯片,在硬件上设计了整流电路、逆变电路、驱动电路、调理及保护电路等;在DSP软件开发环境CCS下,采用C语言和汇编语言进行了混合编程,实现了转子位置信号的读取、PWM波的产生、AD采样、速度模糊PI调节及电流调节等功能。 通过对整个控制系统的软硬件联合调试,进行了相关实验。相对传统的控制系统,采用模糊PI控制的系统具有响应速度快、超调量小、稳定性好等优点。实验结果表明了无刷直流电机模糊控制系统设计的正确性。最后对整个设计进行了总结,对后续的工作给出了自己的见解。
上传时间: 2013-04-24
上传用户:R50974