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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在能源枯竭与环境污染问题日益严重的今天，风力发电已经成为绿色可再生能源的一个重要途径。双馈电机变速恒频(VSCF)发电是通过对转子绕阻的控制来实现的，而转子回路流动的功率是由发电机运行范围所决定的转差功率，因而可以将发电机的同步转速设定在整个运行范围的中间。如果系统运行的转差率范围为±30％，则最大转差功率仅为发电机额定功率的30％，因此交流励磁变换器的容量可大大减小，从而降低成本。该变换器如果加上良好的控制策略，则系统运行将具有优越的稳态和暂态运行性能，非常适用于风能这种随机性强的能源形式。本文对变速恒频双馈机风力发电系统的若干关键技术，如空载柔性并网、带载柔性并网、解列控制、最大功率点跟踪、电网电压不平衡运行、低电压故障穿越等问题进行了深入研究，论文的主要工作如下： 根据交流励磁变速恒频风力发电的运行特点，将电网电压定向的矢量控制方法应用在双馈发电机的并网发电控制上。研究了一种基于电网电压定向的双馈机变速恒频风力发电柔性并网控制策略，在变速条件下实现无电流冲击并网和输出有功、无功功率的解耦控制，建立了交流励磁发电机柔性并网及稳态运行的控制模型，对柔性并网及其逆过程的解列分别进行了仿真和实验研究。 提出了一种以向电网输送净电能最多为目标的最大功率点跟踪控制策略，在不检测风速情况下，能够自动寻找并跟随最大功率点，且不依赖风力机最佳功率特性曲线，提高了发电系统的净输出能力，具有良好的动、静态性能。仿真和实验结果证明了本控制策略的正确性和有效性。 对网侧变换器分别进行了幅相控制和直接电流控制策略的研究。结果表明：幅相控制策略简单实用，可以得到正弦波电流，且波形谐波小，实现了单位功率因数运行，但响应速度相对较慢；而直接电流控制策略具有网侧电流闭环控制，使网侧电流动、静态性能得到提高，实现对系统参数的不敏感，增强了电流控制系统的鲁棒性，但算法相对复杂。 在电网不平衡条件下，如果以传统的电网电压平衡控制策略设计PWM整流器，会使系统出现不正常的运行状态。为了提高三相PWM整流器的运行性能，本文对电网电压不平衡情况下三相PWM整流器运行控制策略进行了改进，研究了消除负序电流和抑制输入功率二次谐波的控制策略，实现了线电流正弦、负序输入电流为零及总无功功率输入为最小的目标。 为了提高VSCF风力发电系统的运行能力，本文对电网故障时双馈风力发电系统低电压穿越控制(LVRT)进行了研究，在不改变系统硬件结构的情况下，通过改变励磁控制策略来实现LVRT；在电网故障时使电机和变换器安全穿越故障，保持不脱网运行，提高系统的稳定性和安全性。
上传时间： 2013-07-09
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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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应用于电动汽车驱动领域的永磁同步电机交流驱动系统是由永磁同步电机、电力电子技术和控制技术相结合而形成的新型交流驱动系统。因其具有良好的运行性能而成为当代电气传动领域研究的热点之一。 永磁同步电机是一个多变量、非线性、高强耦合的系统，其输出转矩与定子电流不成正比，而是复杂的函数关系，因此要得到好的控制性能，需要进行磁场解耦。矢量变换控制技术正好适用于永磁同步电机的这种特点。 本文在数字电机控制专用DSP芯片TMS320LF2407的基础上，以永磁同步电机为研究对象，对其矢量控制技术进行了研究和设计。 首先课题根据永磁同步电机实际物理模型，分析推导得到了永磁同步电机的三相静止坐标系下及两相旋转坐标系下的数学模型。 接着课题对永磁同步电机运行特性进行了分析和研究。在此基础上，课题提出了一种新型的永磁同步电机矢量控制系统，在这个系统上，课题提出了应用不同矢量控制策略的矢量控制方法，并对其做了仿真验证。 结果表明，课题设计的系统以及应用不同矢量控制策略的矢量控制方法准确可行。 这个控制系统便于实现多种矢量控制方法，为永磁同步电机扩速增效提供了理论平台。 在理论分析、仿真通过基础上，课题对驱动系统的硬件和软件两个方面进行了具体的设计。 课题完成了DSP控制系统关键硬件电路的设计，并设计制作了一块应用SCALE模块的IGBT驱动电路，此驱动电路响应迅速、抗干扰性强，驱动性能优越。此外，课题完成了永磁同步电机矢量控制系统全数字化设计，调试通过了速度位置检测、电流检测、PI调节、坐标变换等应用模块。 课题最后对整个系统的做了全面的总结，并对今后的工作方向进行了展望。
上传时间： 2013-06-22
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励磁系统是电力系统控制的重要组成部分，它直接影响着发电机的运行可靠性、经济性和电力系统运行的稳定性。励磁系统性能的优化与控制策略的研究，对发电机乃至整个电力系统的安全运行具有决定性的意义。 本文针对300MW同步发电机的技术特点，全面论述了励磁系统主电路拓扑及辅助电路的工作原理。为提高励磁系统的控制精度与实时性，本文以16位DSP为控制核心，对励磁调节单元软硬件的实现进行研究，以满足发电机在不同运行工况下对励磁系统控制性能的要求。 其次，本文在详细阐述PID+PSS控制和线性最优励磁控制理论的基础上，客观分析了两种控制方式的优点与不足，综合二者的优点引出了综合励磁控制的研究方法并在微机上成功实现。通过实验发现，综合励磁控制器的性能更优越，其提高了励磁系统的控制精度，改善了机组运行的稳定性。同时针对单参量PSS存在反调的不足，进行了算法改进，给出了加速功率型PSS的数学推理与软件实现；根据机组的运行结果可知，该算法的改进不仅解决了传统PSS的反调问题，而且优化了PSS抑制低频振荡的性能。 最后，本文利用发电机park微分方程，推导了发电机起励与灭磁的数学方程。在Matlab/Simulink仿真环境下，建立了起励与灭磁的仿真模型。给出了发电机自并起励、他励起励和故障灭磁的仿真结果，并对结果进行客观地分析，得出了有用的结论。
上传时间： 2013-04-24
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为了减小异步电机在起动过程中过高电流对电网的冲击，消除传统降压起动对电器和机械设备的不利影响，提高电机的起动特性，本文基于电力电子技术对异步电机的软起动进行了较为深刻的研究。 本文介绍并设计了一种基于PIC18F4550的新型的软起动器。在功能上，除了具有一般的电压斜坡软起动和电流限流软起动功能，还增加了专门针对泵类负载的转矩闭环泵控软起动模式。这种起动方式有效的降低了水泵起动和停止时造成的水锤，并减轻了管路系统的振荡。同时，针对异步电动机软起动过程中出现的电流、电磁转矩以及转速振荡问题，分析了引起振荡的影响因素及其产生原因，采用以电流关断时刻为晶闸管触发基准来抑制振荡问题。 文章首先分析研究了异步电机的基本结构和工作原理，确定了软起动器所采用的基本原理和控制方法。分析得出为改善泵类负载起动性能所采用的转矩闭环泵控制策略以及为减小振荡所采用的关断角控制方法的可行性。 其次，本课题对传统的软起动器的改进进行了尝试。采用Microchip公司的PIC18F4550芯片为控制核心。在此基础上，详细介绍了交流采样电路、同步触发电路以及通迅接口电路等硬件电路。软件方面采用C语言和汇编语言混合编程实现模块化程序的设计，在文中较为详细地介绍了控制系统各部分软件的设计思想和实现，其中包括主程序流程、各种起动方式的控制程序等。 在文章最后给出了基于MATLAB搭建的软起动系统的仿真模型，仿真结果表明这种带泵控制功能的软起动器可以有效的减小电机起动过程中过高电流对电网的冲击，优化了电机的起动性能。
上传时间： 2013-06-13
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现如今，逆变器的脉冲宽度调制(PWM)技术作为一种最常见的调制方式在交流传动系统中广泛应用。采用PWM调制技术的最终目的在于追求逆变器输出电压、电流波形更接近正弦从而进一步控制负载电机的磁通正弦化。为了达到这些目的，很多种基于PWM原理的调制方法被相继提出并应用。 在铁道牵引调速系统中，逆变装置具有调速范围宽，输出频率变化快等特点，而逆变器本身器件的开关频率又不是很高。这种情况下，分段同步调制模式的使用有效地改善了变频器的输出，达到了减少谐波的目的。本文围绕分段同步调制在交流牵引传动系统中的应用进行研究，主要目的在于解决该调制模式应用中存在的切换点选择、切换震荡冲击等问题。文章详细讨论了分段调制模式下载波比和载波比切换点选取的原则，重点分析了分段同步调制模式下载波比切换点冲击电压的产生原因和危害，提出了改善电压电流冲击的方法，并在搭建的实验平台上验证了理论分析的正确性。此外，本文还对列车高速时载波比极低的极限情况下分段同步调制对变频器输出交流电压和直流回流电流谐波的改善情况进行了理论推导和仿真分析。 论文搭建了用于调制实验的3.7kW小功率电机实验平台，在开环的VVVF调速系统中进行了分段同步调制载波比切换实验；在Matlab/Simulink环境下搭建了分段同步调制模式下的电机牵引模型，进行了分段同步调制载波比切换仿真；实验和仿真结果表明，文章所提出的方法很好地完成了分段同步算法且有效抑制了可能发生的冲击，所得结果验证了理论分析的正确性。
上传时间： 2013-08-04
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随着数字集成电路技术的不断发展，数字集成电路的供电电源-电压调节模块（VRM）也有了新的发展趋势：输出功率越来越大、输出电压越来越低、输出电流越来越大。因此，对低输出电压、大输出电流的VRM及其相关技术的研究在最近几年受到广泛的关注。 本文以36V-72V输入、1V/30A输出的VRM为研究对象，对VRM电路拓扑进行分类和比较，筛选出正反激拓扑为主电路，并详细研究了针对正反激拓扑的新型同步整流驱动方案。首先，分析了在软开关环境下，有源筘位正反激电路的详细工作过程；其次，介绍了同步整流技术的概念，对同步整流驱动方案进行了分类，筛选出适用于正反激拓扑的新型同步整流驱动方案，并详细分析了该驱动电路的工作原理；再次，介绍了有源箝位正反激电路主要元件的设计方法，介绍了新型同步整流驱动电路的设计要点，并给出设计实例；最后，对电路仿真，并制作了一台36V-72V输入、1V/30A输出的实验样机，验证了研究结果和设计方案。
上传时间： 2013-06-16
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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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永磁同步电机(PMSM)因其无需励磁电流、运行效率和功率密度高,在交流调速系统中被广泛的应用,但PMSM高性能的矢量控制需要精确的转子位置和速度信号来实现磁场定向。在传统控制中,一般采用机械式传感器来检测转子位置和转速,但是机械式传感器存在诸如成本高、可靠性低、不易维护等问题,使得无速度/位置传感器控制技术成为永磁同步电机控制中的热点问题。虽然目前已有较多的研究成果,但是所采用的方法大多是基于电机基波方程的分析,一般不适用于低速甚至零速,并且对电机参数较为敏感,鲁棒性差。本文正是为了解决这个问题,而采用高频信号注入法实现转子位置估算,这种方法适合于低速甚至零速,对电机参数的变化不敏感,鲁棒性强。主要做了如下的工作： 首先详细介绍了永磁同步电机三种基本结构,在建立了旋转坐标系下永磁同步电机数学模型的基础上叙述了其矢量控制原理,分析了各种现有的永磁同步电机无速度/位置传感器控制策略；其次在永磁同步电机矢量控制的基础上详细讨论了旋转高频电压信号注入法与脉振高频电压信号注入法提取转子位置的基本原理,并在此基础上利用MATLAB/SIMULINK仿真工具建立了整个永磁同步电机无速度/位置传感器矢量控制系统的模型,进行了仿真研究,仿真结果验证了控制算法的正确性。最后利用TI公司推出的数字信号处理器DSP芯片TMS320F2812,实现了基于脉振高频信号注入法的永磁同步电机无速度/位置传感器的实验运行,实验结果验证了这种方法适合于低速运行,对电机参数的变化不敏感,鲁棒性强。
上传时间： 2013-06-06
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