横向磁通电机是近些年来出现的一种新型结构的电机，由于其转矩密度和功率密度大的优点受到了广泛的关注，但我国对该种电机的研究尚处于起步阶段。 本课题是国家863计划项目——“新型稀土永磁电机设计与集成技术(课题编号：2002AA324020)”中有关横向磁通永磁同步电动机的部分。本课题的目标就是要充分发挥横向磁通电机功率密度和转矩密度大的优点，克服其功率因数低的缺点，对横向磁通永磁同步电动机的磁场进行计算、分析，找出功率因数偏低的原因，并提出相应的改进方法和建议。在此基础上进行样机的研制，对理论成果进行验证，并力争样机在性能和工艺指标上有所突破，部分指标达到国际领先水平。 本文介绍了横向磁通永磁电机的特点及运行原理，并按照不同的分类方式介绍了横向磁通电机的各种结构。三维磁场的有限元计算十分复杂、计算量大，因此传统电机均采用简化的二维磁场进行计算。但是横向磁通电机由于结构特殊，无法采用简化的二维磁场的计算方法进行分析。因此本文利用ANSYS软件建立了样机模型，对样机进行了三维电磁场分析。在电磁场计算的基础上，进行了电机空载反电势，空载漏磁系数，电磁转矩等相关参数的计算，讨论了横向磁通永磁同步电动机的结构变化对参数的影响。本文特别针对横向磁通永磁电机功率因数较低这一问题进行了分析，找出了功率因数偏低的原因，提出了相应的改善方法和建议，对横向磁通电机的理论研究和设计应用分析方法进行了探讨。本文利用电磁场计算的结果，完成了电机运行特性仿真，克服了采用传统磁路等效的方法带来的误差。最后，通过与样机测试结果的对照研究，验证和完善分析方法，并为进一步获得性能更加优异的样机奠定了基础。
上传时间： 2013-04-24
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永磁同步电机(PMSM)是一种性能优越、应用前景广阔的电机。永磁同步电机调速系统是以永磁同步电机为控制对象，采用变压变频技术对电机进行调速的控制系统。因其具有能耗低、可靠性高、控制精确等优点，在许多领域得到广泛的应用。然而，转子无阻尼绕组的PMSM的采用变频技术开环运行时，系统不太稳定，电机效率有所下降，转子温升高，易造成钕铁硼永磁体退磁，危及电机安全运行，有时甚至还会出现失步现象，系统无法运行。PMSM控制系统稳定运行控制都是建立在闭环控制基础之上的，因此如何获取转子位置和速度信号是整个系统中相当重要的一个环节。当前，在大多数调速驱动系统中，最常用的方法是在转子轴上安装位置传感器。但这些传感器增加了系统的成本，降低了系统的可靠性和耐用性。因此，在一些特殊及控制精度要求不很高的场合，无传感器控制将会得到广泛的应用。它通过测量电动机的电流、电压等可测量的物理量，通过特定的观测器策略估算转子位置，提取永磁转子的位置和速度信息，完成闭环控制。本文以无位置传感器PMSM控制系统作为研究对象，介绍了永磁同步电机的结构及其数学模型，详细地阐述了空间矢量脉宽调制(SVPWM)技术的理论基础及其波形的产生机制，并对闭环控制策略进行了研究。鉴于数字信号处理器(DSP)TMS320LF2407控制芯片出色的性能和丰富的外设资源，使用该芯片设计了控制系统的硬件系统和软件系统，通过对整个控制系统的试验调试，实现了永磁同步电机的无位置传感器控制。 本文借助于MATLAB建立了永磁同步电机的仿真数学模型，并根据空间矢量脉宽调制的工作原理，构建了永磁同步电机调速控制系统的仿真模型。系统采用αβ定子静止坐标系下的数学模型，依据滑模变结构控制原理，对永磁电机的转子位置角θe和转速ωe进行实时在线估算，不断修正估算位置^θe，控制定子旋转磁场与转子磁场垂直并保持与转子同步旋转，实现电机的闭环调速运行。理论分析和仿真结果表明，所提出的永磁同步电机无传感器控制方法具有较强的鲁棒性和令人满意的性能。
上传时间： 2013-04-24
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音圈电机(VoiceCoilMotor，简称VCM)是特种直线电机，其工作原理与扬声器的音圈类似。其最突出的特点是体积小、重量轻，动作速度快，可以达到很高的定位精度，推力均匀。自从问世以来，广泛的应用在计算机存储设备、航天仪器(例如航天制冷机)、精密测距仪器(例如霍尔位移测量装置)、精密车床以及移动电话中。目前，生产出的VCM电机广泛应用于消费类和生产类市场，特别是高档家用电器和计算机中。 针对目前我国VCM结构设计的不足及工艺的落后，本文结合现有的加工工艺，研究永磁VCM的设计及结构优化，具体内容如下： 首先，介绍VCM工作原理，以及内磁式与外磁式、长音圈与短音圈、动圈式与动铁式、直线式与摇臂式等不同结构VCM及相应特点，阐述了力矩常数的意义及其对电机性能的影响，并详细介绍了VCM在光盘驱动器、硬盘驱动器，以及在电刷试验台(提供静压力)中的典型应用。 其次，从电机电磁场的基本理论出发，介绍有限元及其在电磁场仿真计算中的应用，并采用有限元软件ANSYS，结合实际算例，对VCM进行建模和仿真。 再次，文中详细介绍了永磁VCM的设计过程，提出了设计方法以供参考，其中包含了定量计算，包括了永磁体材料的选择、体积的计算，音圈的设计(匝数计算及选型)，以及电机整体的机械结构设计。 最后，结合设计VCM应当遵循的原则，提出了若干结构优化设计方案。在理论推导和分析的基础上，结合仿真软件ANSYS，对几种结构分别进行了电机电磁场以及电机性能的仿真分析，其中包括：采用钕铁硼永磁的单励磁结构VCM与传统铁氧体VCM的性能差异；增加极靴对VCM性能影响；增加短路环及变换结构对VCM动态响应速度的影响等。
上传时间： 2013-06-10
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开关磁阻电机驱动系统(SRD)是一种新型交流驱动系统,以结构简单、坚固耐用、成本低廉、控制参数多、控制方法灵活、可得到各种所需的机械特性,而备受瞩目,应用日益广泛.并且SRD在宽广的调速范围内均具有较高的效率,这一点是其它调速系统所不可比拟的.但开关磁阻电机(SRM)的振动与噪声比较大,这影响了SRD在许多领域的应用.本文针对上述问题进行了研究,提出了一种新型齿极结构,可有效降低开关磁阻电机的振动与噪声.通过电磁场有限元计算可看出,在新型齿极结构下,导致开关磁阻电机振动与噪声的径向力大为减小,尤其是当转子极相对定子极位于关断位置时,径向力大幅度地减小,并改善了径向力沿定子圆周的分布,使其波动减小,从而减小了定子铁心的变形与振动,进而降低了开关磁阻电机的噪声.静态转矩因转子极开槽也略微减小,但对电机的效率影响不大.开关磁阻电机因磁路的饱和导致参数的非线性,又因在不同控制方式下是变结构的.这使得开关磁阻电机的控制非常困难.经典的线性控制方法如PI、PID等方法用于开关磁阻电机的控制,效果不好.其它的控制方法如滑模变结构控制、状态空间控制方法等可取得较好的控制效果但大都比较复杂,实现起来比较困难.而智能控制方法如模糊控制本身为一种非线性控制方法,对于非线性、变结构、时变的被控对象均可取得较好的控制效果且不需知道被控对象的数学模型,这对于很难精确建模的开关磁阻电机来说尤其适用.同时,模糊控制实现比较容易.但对于变参数、变结构的开关磁阻电机来说固定参数的模糊控制在不同条件下其控制效果难以达到最优.为取得最优的控制效果,该文采用带修正因子的自组织模糊控制器,采用单纯形加速优化算法通过在线调整参数,达到了较好的控制效果.仿真结果证明了这一点.
上传时间： 2013-05-16
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盘式永磁同步电动机是一种性能优越、但结构特殊的电动机。作为一种理想的驱动装置，其应用范围遍及航天、国防、工农业生产和日常生活的各个领域。本文利用稀土永磁材料钕铁硼的高矫顽力，提出了一种省却了铁心的双转子、单定子结构盘式无铁心永磁同步电机，进一步减轻了电机的质量并消除转矩脉动。 对电机的设计、性能预测都离不开电机电磁场的计算。不同于传统的圆柱式径向磁通电机，盘式无铁心电机是轴向磁通电机，外加其无铁心的结构，决定了该电机的磁场呈三维、开域分布。对它的电磁场分析，不能采用对待径向磁通电机的化为二维磁场的分析方法。 本文研究的重点内容分为两部分：(1)在盘式无铁心永磁同步电机的结构上，建立其磁场三维模型，由三维有限元法计算三维电磁场，分析计算结果，并总结出盘式无铁心永磁同步电机的磁场分布规律。 (2)在磁场计算的基础上，将Halbach型永磁体阵列的理论应用到磁钢设计中来，提出磁钢结构优化方案，研究出适合于盘式无铁心永磁同步电机的磁钢结构，以获得理想的磁场波形和磁密值。 本文首先从磁路计算的方法入手，通过磁路计算分析出盘式无铁心永磁同步电机的磁场分布特点。其后直接运用三维有限元法求解该电机的电磁场，分析计算结果。为了获得低漏磁、高气隙磁密值、正弦形的气隙磁场分布，本文先后提出普通轴向充磁磁钢结构、不等厚轴向充磁磁钢结构并将Halbach阵列的理论应用到盘式无铁心永磁同步电机的磁刚结构优化中，讨论了三种不同角度的Halbach型永磁体阵列。最后为了简化磁钢的加工工艺，将不等厚永磁体阵列与Halbach永磁体阵列相结合，提出了最经济、有效的改进型Halbach永磁体阵列，给出具体磁钢尺寸，并运用ANSYS软件对各种磁钢结构产生的磁场进行结果仿真。
上传时间： 2013-06-23
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数控冲床送料系统主要用于与冲床实现配套，在冲孔过程中按照程序设定控制板料移动和冲床冲孔，实现冲孔的高度自动化。自动送料机构作为冲压加工生产实现自动化的最基本的要求，它的自动化程度高低，直接影响着冲压生产效率以及冲压生产整体自动化水平，只有其自动化程度与冲压设备相匹配甚至高于冲压设备，才能够实现冲压生产的完全自动化。 嵌入式系统是继IT网络技术之后，又一个新的发展方向，由于嵌入式系统自身的优点，现在已经广泛应用到军事国防、消费电子、工业控制等各个领域。随着电子、计算机、自动控制以及精密机械与测试技术的不断提高和发展，自动送料装置也在随着数控机床的发展而在迅速发展和演变。而随着嵌入式微处理器的发展，嵌入式系统也开始运用到数控冲床自动送料系统中来。 本文采用目前广泛使用的32位ARM微处理器，Samsung公司基于ARM920T的S3C2440A作为系统的主控制器，该处理器主要面向嵌入式设备，具有性价比高、功耗低的特点，并且在嵌入式Linux操作系统下可移植性好，具有较强的控制能力和丰富的片内资源。该系统能实现数控冲床的自动送料，软硬件结构简单，定位精度高，操作简单方便，具有良好的人机界面。论文首先根据生产实际要求和控制系统设计原则，确定了送料系统的软硬件总体设计方案。硬件方面，在S3C2440A的基础上扩展了NANDFlash、NORFlash、SDRAM、LCD触摸屏模块，并设计了X、Y轴电机及其驱动电路。软件方面，选用Linux操作系统，在此基础上构建了嵌入式Linux开发环境，实现了Bootloader、Linux内核、YAFFS根文件系统的移植，选用Qt/Embeded设计系统的操作界面，给出了系统各个模块的程序设计，包括人机界面、速度预处理、插补模块和电机控制部分，文章对系统的软硬件的抗干扰技术也专门做了介绍。随后，文章还介绍了积分分离的PID控制算法，并通过使用matlab对电机控制进行仿真，验证了该算法的可行性。 文章在最后对整个设计进行了总结和展望，指出了系统存在的问题和一些可以改进的地方。
上传时间： 2013-06-28
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在信息化社会中，LED显示屏作为一种信息的传播媒体，在交通、天气预报、广告、通知、工农业生产、商业信息等领域应用十分广泛，已经成为城市信息现代化建设的标志。 本文介绍了LED显示屏国内外的发展现状，在分析LED显示屏工作原理后，结合LED显示屏控制系统及显示驱动设备的具体要求，提出了使用嵌入式处理器LPC2124作为控制核心，使用挪威Nordic公司推出的单片射频发射器nRF905传送无线显示信息的总体设计方案。由于LPC2124所具有的丰富的接口资源，使用其SPI口实现了和驱动芯片SD16726的串行传输，这在很大程度上简化了系统结构，增加了系统的可靠性。单片收发芯片实现无线数据显示信息传递与更新，避免了使用基于中国移动通讯运营商的GSM/GPRS通信网络的数据传输，而带来在信息更新时的额外开销费用。在系统硬件设计中，给出了各功能模块：包括电源、时钟电路、存储器的扩展、射频模块、LED扫描驱动模块等的具体设计。最后，在系统软件设计中，完成了对显示屏数据的发送、接收数据和对显示屏进行显示控制驱动程序设计，最终实现整个系统的功能。在设计过程中，通过做各种测试和试验，验证了基于ARM的无线LED显示屏系统的设计是完全可行的，具有非常广阔的应用前景。
上传时间： 2013-06-07
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现场总线技术以其先进性、实用性、可靠性、开放性等优点，已经成为自动化技术发展的热点。现场总线控制系统作为一种开放的、具可互操作性的、彻底分散的分布式控制系统，已经对传统的PLC、集散控制系统形成了巨大的冲击，具有广阔的发展前景。 作为现场总线之一的CAN总线以其可靠性高、实时性好、价格低廉、容易实现等优点，被广泛应用于工业控制领域。与传统的控制系统相比，基于CAN总线设计的工业控制系统可以减少系统控制的复杂性，降低成本，并能提高系统的稳定性和扩展性。 本论文针对某石材加工厂的具体应用需求，在分析了CAN总线协议的基础上，给出了工业控制网络的总体解决方案，主控节点硬件设计、软件设计，人机界面设计，以及网络通讯结构模型及具体实现流程，完成的主要工作如下： 软硬件平台设计，基于ARM处理器LPC2378开发了工控网络主控节点。设计了该节点的硬件电路，包括CAN总线接口电路、串行接口电路、AD、DA转换隔离电路等。在硬件平台上进行μC/OS-II操作系统移植，基于该操作系统编写了各硬件模块驱动程序，主要包括串行接口和CAN模块的初始化、数据接收以及发送。 通讯设计，根据工业控制应用的具体需求，设计了网络整体解决方案，包括网络拓扑方案，通讯结构等，基于CAN总线技术规范CAN2.0B自定义了CAN总线网络应用层通信协议CAN08。 人机界面设计，基于威纶MT505设计了工控网络的人机界面，编程实现人机界面与主控节点的Modbus通讯。
上传时间： 2013-07-09
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近年来，随着电子技术的发展，消费电子产品(Consumer Electronics)已与计算机(Computer)、通信(Communication)两项产品的技术结合在一起，成为目前所统称的3C产品，并使家用电子电器产品步向智能家居的方向。但是目前大多数智能家居系统其控制器一般由8位或16位的单片机控制，其控制功能比较简单，很难实现网络化和无线传输，对于未来的智能家居系统的扩展性也比较有限。本文针对目前国内智能家居系统的局限性，提出一种基于嵌入式处理器ARM平台以及以太网和GPRS网络通信技术的智能家居系统，它不仅能对小区内住宅的安全状况进行实时监控，还能实现家用电器的远程控制、“三表”(即水表、电表、燃气表)的远程抄送。同时该系统还提供了规范的串行通信接口，对于未来的系统的扩展提供了广阔的空间。 本文首先详细的介绍了ARM处理器及嵌入式操作系统uClinux的发展概况，接着讨论了GPRS网络通信技术的工作原理，最后给出了智能家居控制系统的硬件设计和软件设计。该智能家居系统的硬件主要包括ARM主控模块的选型、报警I/O电路设计、以太网接口电路设计、图像处理模块电路和“三表”的串行口电路组成。软件上主要包括uClinux在S3C4510上的移植、图像采集与压缩程序、以太网驱动及通讯程序、RS-485串行接口程序、GPRS网络通信程序和报警I/O接口程序。 该系统主要部分包括小区内住宅的安防监控，GPRS无线智能家电的远程控制和无线报警以及抄表的远程传送。利用当前较为成熟的GPRS技术和以太网实现对小区内用户进行集中安防监控与管理，同时给出了系统的功能和结构以及硬件原理框图和软件设计思路及主要程序。
上传时间： 2013-07-12
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自动开袋机是一种比较复杂的机电一体化缝纫机械，用于加工服装口袋，与常规手动开裁缝制口袋相比，具有高效率、高品质、高精度的优势，越来越受到服装厂青睐。自动开袋机控制系统的研究可满足市场对此的需求。 论文根据对自动开袋机的机械结构、电气系统、缝制过程及工艺实现进行分析，提出一种基于ARM9处理器S3C2410和嵌入式WinCE操作系统的控制方案，随后进行了硬件设计、气动控制系统设计以及软件设计。系统的硬件电路部分，论文根据开袋机动作要求及处理器情况，进行了最小系统、电源模块、串口接口、I/O扩展接口、液晶屏显示接口等电路设计。气动控制系统部分，论文进行了满足动作要求的气动元件选型以及系统气动回路设计。系统的软件设计部分，分析了系统启动代码的实现方法，对WinCE操作系统进行定制，并基于EVC开发出应用程序(含用户图形界面)部分。论文最后，进行了系统调试工作，并对课题进行总结和展望。 论文设计的自动开袋机控制系统基于WinCE操作系统，人机界面简洁美观，操作方便，机器功能比较完善，性能好。在研究过程中，对传统的开袋机定位方式进行改进，软件方面考虑到优化性设计。
上传时间： 2013-04-24
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