超声波电机(Ultrasonic Motor,简称USM)是近二十年来发展起来的一种新型驱动装置,该电机不同于传统的电磁感应电机,它是利用压电陶瓷的逆压电效应激发超声振动,借助弹性体谐振放大,通过摩擦耦合产生旋转运动或直线运动.这种电机的具有响应快、结构紧凑、低转速、大力矩、不受电磁干扰、断电自锁等优点,在微型机械、机器人、精密仪器、家用电器、航空航天、汽车等方面有着广泛的应用前景.随着超声波电机的推广应用和产业化发展的需要,对超声波电机的驱动和控制技术的研究就非常必要了,小型化、通用化、高性能的驱动电源和简单而又实用的控制技术已成为国内外研究的热点.该文对于单一的定位控制,研究一种简单且控制精度高的控制算法,结合所研制的纵扭复合型超声波电机样机,实现了高精度(0.010度)的定位控制,另对基于高性能DSP的驱动电源进行了初步的探讨和研究,研制了通用性较高的驱动电源.该文开展的主要研究工作和取得的成果如下:1.简要地介绍了超声波电机的原理、发展历史和特点,重点分析了超声波电机驱动电源和定位控制的研究进展和存在的问题,从而引出该硕士论文的研究意义和主要内容.2.从理论和实验上揭示这种电机具有的高分辨率和步进特性实质,提出了利用此特性实现高精度的定位控制策略——步进定位法,并分析了影响其定位精度的因素,结合所研制的纵扭复合型超声波电机样机,实现了高精度(0.010度)的定位控制,并确定了相关控制参数的选择准则.3.简要介绍了常用开关变换器结构,设计了以MOSFET为开关器件的半桥式逆变功率电路.介绍了高性能DSP(TMS320LF2407)为核心的控制信号发生电路和以UC3842为控制芯片的可调压直流电源,结合控制电路和功率变换电路获得了驱动超声波电机所需两项幅值、频率、相位可调的交变方波,具有较高的通用性,为进一步开展运用较复杂控制策略的超声波电机位置和速度伺服控制研究打下一定基础.
上传时间: 2013-04-24
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电机是现代生产中的重要电气设备,电机的故障会对生产造成重大影响,因此需要监测电机的运行状态。同时,不断提高的环保标准要求控制电机的噪声。测试和分析电机的振动为电机的故障诊断和电机的噪声控制提供了途径,因此有必要建立一个电机振动测试分析系统。 过去20多年来,虚拟仪器技术取得了长足发展,在工程测试等领域得到了广泛的应用。相比于传统仪器,虚拟仪器技术具有性能高,扩展性强等诸多优势。LabVIEW是虚拟仪器软件开发平台中最常用的一个。 本文在虚拟仪器的基础上开发了电机振动测试分析系统,主要内容包括以下几个方面: 1.电机振动测试分析平台的建立,以LabVIEW为软件开发平台,配合数据采集卡,加速度传感器等硬件设备建立了电机振动信号采集与处理的虚拟仪器系统,完成振动信号的采集、显示、处理、数据管理等一系列功能; 2.电机振动信号处理方法的研究,深入分析了傅里叶变换、时频分析、小波分析等在电机振动信号处理中的优缺点,着重研究了独立分量分析等新技术在电机内部振动信号处理上的应用,针对电机振动的特性,给出了各种信号处理方法的参数优化: 3.电机故障诊断的研究,针对电机故障特征量的提取和选择提出了作者自己的见解,建立了基于振动的最小二乘支持向量机电机故障诊断,实例证明了支持向量机在电机故障诊断上的有效性; 4.针对电机故障诊断中故障样本不易获得的特点,提出了基于支持向量数据描述的多层分类器,是一种较有应用价值的新方法。
上传时间: 2013-06-24
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超声波电机是上个世纪八十年代逐步发展起来的新型微电机。它利用压电陶瓷逆压电效应激发的超声振动作为驱动力,通过定转子间的摩擦力来驱动转子运动。与传统的电磁马达相比,它具有低速大转矩、无电磁干扰、动作相应快、运行无噪声、无输入时能自锁等卓越特性,在非连续运动领域、精密控制领域要比传统的电磁电机性能优越得多。目前,旋转型超声波电机,尤其是环形行波型超声波电机,在工业、办公、过程自动化等领域的伺服系统中作为直接驱动执行器得到广泛的关注。 本论文主要研究并设计了用于超声波电机控制驱动的小型控制系统。其目的是针对市场需要,提供给用户一种价格较低、体积小、性能指标适中,操作简便,能够实现快速定位,速度可调节的标准的闭环控制器。 控制器的核心为MSP430F167。课题对外围检测、控制、驱动电路进行相关的研究和设计,并按照控制器的需求设计相应的软件。最后给出实验结果:系统运行稳定,速度曲线较为理想,达到了最初的设计要求。 系统总结了超声波电机的发展、特点、分类,通过与传统电磁电机的对比给出了超声波电机的广阔的应用前景。在此基础上,指出了超声波电机研究的发展方向,明确了本文的研究内容。 总结了环形行波型超声波电机的结构特点、运行机理,并在此基础上总结了环形行波型超声波电机调频、调相、调幅等控制方法以及推挽、半桥和全桥驱动逆变电路的优缺点。 本课题设计了基于超声波电机的控制驱动系统电路。首先,提出了本次设计的设计思想及目的;其次,介绍了本设计的控制器硬件电路具体设计过程以及调频调速的实现方式。然后,详细介绍了该控制系统的软件构成,包括上位机软件、下位机软件以及通讯部分。详细阐述了在本控制系统中的调速、定位原理。最后通过实验结果说明了该小型控制系统的有效性。
上传时间: 2013-07-18
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本课题提出了一套采用直流斩波技术的永磁无刷直流电机的调速控制系统。一方面研制了一种新颖的端电压逻辑换相控制策略,它通过分析电机三相绕组端电压的大小关系得出控制逆变桥开关管导通的信号。结合电机预定位起动原理,设计出的端电压逻辑信号分析处理电路,有效克服了电机起动的困难,确保电机的顺利起动,并在实验结果中得到了论证。这种完全用硬件电路来实现电机的电子换相,无疑大大降低了控制系统的成本,具有一定的实用价值。另一方面采用直流斩波技术的无刷直流电机调速系统,从而大大减小了电流的脉动。本文阐述的方法不但适用于一般的三相四线制无刷直流电机,还适用于三相三线制的电机,从而扩大了其应用的范围。 本论文先对无位置传感器永磁无刷直流电动机的结构和基本原理进行了详细的介绍;然后分别着重介绍了两个部分的设计工作:无刷直流电机的驱动控制和采用直流斩波技术的调速系统;最后给出了相关的实验结果和结论。 根据上述设计方案设计的无位置传感器永磁无刷直流电动机调速控制系统,可以实现电机的平滑起动、无振动和失步现象,具有良好的调速性能。
上传时间: 2013-04-24
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超声波电源广泛应用于超声波加工、诊断、清洗等领域,其负载超声波换能器是一种将超音频的电能转变为机械振动的器件。由于超声换能器是一种容性负载,因此换能器与发生器之间需要进行阻抗匹配才能工作在最佳状态。串联匹配能够有效滤除开关型电源输出方波存在的高次谐波成分,因此应用较为广泛。但是环境温度或元件老化等原因会导致换能器的谐振频率发生漂移,使谐振系统失谐。传统的解决办法就是频率跟踪,但是频率跟踪只能保证系统整体电压电流同频同相,由于工作频率改变了而匹配电感不变,此时换能器内部动态支路工作在非谐振状态,导致换能器功率损耗和发热,致使输出能量大幅度下降甚至停振,在实际应用中受到限制。所以,在跟踪谐振点调节逆变器开关频率的同时应改变匹配电感才能使谐振系统工作在最高效能状态。针对按固定谐振点匹配超声波换能器电感参数存在的缺点,本文应用耦合振荡法对换能器的匹配电感和耦合频率之间的关系建立数学模型,证实了匹配电感随谐振频率变化的规律。给出利用这一模型与耦合工作频率之间的关系动态选择换能器匹配电感的方法。经过分析比较,选择了基于磁通控制原理的可控电抗器作为匹配电感,通过改变电抗控制度调节电抗值。并给出了实现这一方案的电路原理和控制方法。最后本文以DSP TMS320F2812为核心设计出实现这一原理的超声波逆变电源。实验结果表明基于磁通控制的可控电抗器可以实现电抗值随电抗控制度线性无级可调,由于该电抗器输出正弦波,理论上没有谐波污染。具体采用复合控制策略,稳态时,换能器工作在DPLL锁定频率上;动态时,逐步修改匹配电抗大小,搜索输出电流的最大值,再结合DPLL锁定该频率。配合PS-PWM可实现功率连续可调。该超声波换能系统能够有效的跟随最大电流输出频率,即使频率发生漂移系统仍能保持工作在最佳状态,具有实际应用价值。
上传时间: 2013-04-24
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随着家用空调的普及应用,空调已日渐成为耗能大户。我国经济建设多年来高速发展,正面临能源日益紧张的问题,由于空调节能尚有空间,因此人们普遍关注空调节能技术。在家用空调的各种节能技术中,直流压缩机变频驱动是发展的主流方向。从驱动方式上看,直流压缩机可以采用方波控制或矢量控制。与方波控制相比,矢量控制的空调直流压缩机具有噪声低、振动小、效率高等特点,更加符合节能和环保的发展方向。 本文主要研究了适用于空调压缩机负载的无转子位置传感器永磁同步电机矢量控制方法。首先从电机的基本方程入手,详细推导了永磁同步电机矢量控制的数学模型。详细分析了各种电流控制策略特点,提出了采用适合直流压缩机驱动的MTPA控制方式。 其次提出了具有凸极效应的压缩机永磁同步电机的一种简化模型,得到了适用于IPMSM的滑模观测器,解决了IPMSM在αβ坐标系中应用滑模观测器困难的问题。针对压缩机运行特点,采用全维状态观测器方法,实现IPMSM反电动势的观测,根据反电动势计算出电机转子位置和转速,实现了无传感器矢量控制。本文详细分析了全维状态观测器的极点配置方法,通过将四个极点配置在相同位置,简轻了计算量,也便于实现。 第三,由于反电动势估算法在电机低转速下不能正确估算转子位置,无法正常闭环起动,本文提出了一种简单的用于直流压缩机的起动方法,实现了压缩机的可靠起动。同时在深入分析电机等效模型的基础上,给出了一种简单的电机参数测量方法,通过简单测量和计算,得到系统实现无传感器永磁同步电机矢量控制所需的电感、电阻及反电动势系数等关键参数。 最后通过MATLAB/Simulimk7.1仿真软件对基于滑模观测器和基于全维观测器的永磁同步电机矢量控制方法进行了仿真验证,设计了以TMS320F2403数字信号处理器为控制核心的直流压缩机矢量控制实验平台,并进行了大量的实验验证。仿真及实验结果证明了本文理论分析和所提方法的正确性,并已应用于实际的直流压缩机矢量控制系统。
上传时间: 2013-06-13
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超声波电机(Ultrasonic motors,简称USM)是一种全新原理的直接驱动电机,它利用压电陶瓷逆压电效应激发的超声振动作为驱动力,通过定转子间的摩擦力来驱动转子运动。与传统的电磁电机相比,它具有低速大转矩、无电磁干扰、动作响应快、运行无噪声、无输入自锁等卓越特性,在非连续运动领域、精密控制领域比传统的电磁电机性能优越得多。超声波电机在工业控制系统、汽车专用电器、精密仪器仪表、办公自动化设备、智能机器人等领域有广阔的应用前景,近年来倍受科技界和工业界的重视,成为当前机电控制领域的一个研究热点。 本文主要以行波型超声波电机的驱动控制技术为研究对象,引入嵌入式系统理念,设计并制作了超声波电机的驱动控制系统,并对超声波电机的速度与定位控制做了深入的研究。本文主要研究内容及成果如下: 介绍了超声波电机的工作原理、特点及其应用前景,总结了国内外超声波电机驱动控制技术的发展历史和研究现状,以及今后我国超声波电机驱动控制技术的发展方向,明确了本文的研究内容。 结合嵌入式系统特点及其开发方法,详细介绍了超声波电机嵌入式驱动控制系统的硬件和软件设计过程,并总结了硬件、软件的调试过程。最后,对所设计系统性能进行了实验测试和数据分析。 采用DDS技术解决超声波电机所需要的高频驱动电源和数字控制的问题。本文设计的以ARM控制器为核心,频率、相位、幅值均可调的双通道信号发生器,具有频率和相位差控制精度高的特点。 本文介绍了速度与位置的常用控制策略。设计并搭建了基于增量式PID的速度和基于模糊PID的位置控制系统。速度控制采用增量式PID调节,其控制策略简单、易行,通过实验选择合适的参数能适应一般的控制精度要求。定位控制则采用模糊PID控制策略,该策略将模糊控制不需要精确的数学模型、收敛速度快的特点与PID简单易行、能消除稳态误差的优点相结合,改善了模糊控制器稳态性能,使电机定位控制精度达到0.0880。
上传时间: 2013-07-16
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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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超声波电机是一种全新原理的直接驱动电机,它利用压电陶瓷逆压电效应激发的超声振动作为驱动力,通过定转子间的摩擦力来驱动转子运动。与传统的电磁电机相比,它具有低速大转矩、无电磁干扰、动作相应快、运行无噪声、无输入自锁等卓越特性,在非连续运动领域、精密控制领域要比传统的电磁电机性能优越得多。超声波电机在工业控制系统、汽车专用电器、精密仪器仪表、办公自动化设备、智能机器人等领域有广阔的应用前景,近年来倍受科技界和工业界的重视,成为当前机电控制领域的一个研究热点。 本文主要研究了行波型超声波电机的嵌入式驱动控制系统设计。系统是基于ARM嵌入式微控芯片设计的。全文共分为6部分。第一章主要介绍了国内外超声波电机驱动控制技术在国内外的发展状况,ARM芯片的结构原理以及本课题的选题意义。第二章在前人的研究基础上做了系统仿真,为系统的硬件设计提供设计指导。第三章提出了基于ARM的超声波电机嵌入式驱动控制系统设计方案,并介绍了系统各个模块的设计与调试的过程和结果。第四章介绍了uC/OS-Ⅱ操作系统在ARM上的移植,以及基于该操作系统的电机控制系统软件设计流程。第五章介绍了系统各子程序的设计,速度控制与定位控制的算法设计,以及系统调试的结果。第六章总结了本论文的主要贡献、存在问题以及后续课题的研究方向。
上传时间: 2013-04-24
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文中介绍了一种应用于舞台电脑灯控制系统的高性能步进电机运动控制系统,以及步进电机的细分驱动原理和自适应调速算法。使用细分驱动可以显著地减小步进电机的低频振动;使用自适应调速法,可以在保证系统的
上传时间: 2013-04-24
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