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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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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由于永磁无刷直流电机既具备交流电机结构简单、运行可靠、维护方便等一系列优点，又兼有普通有刷直流电机调速特性好、运行效率高的优点，因此它在当今国民经济各个领域得到了越来越广泛的应用。本文对基于DSP的无刷直流电机控制系统进行了设计和研究。 本论文首先回顾了无刷直流电机的产生、发展历程，介绍了目前的热点研究方向和最新研究成果。 第二章对无刷直流电机的组成环节、结构、工作原理、运行特性进行了分析，并且建立了无刷直流电机的数学模型，对其控制方法进行了讨论。同时，DSP控制器由于其高速的处理能力和丰富的片上资源，已经广泛的应用于电机控制领域。 第三章介绍了TI的高性能DSP芯片 TMS320LF2407A的结构和性能，提出了基于 TMS320LF2407A 的 BLDCM 的控制方案，并且对系统的相关环节进行了讨论和分析。 第四、五两章分别完成了硬件和软件的设计。此系统是基于PWM技术和PID算法的双闭环控制系统。硬件电路包括了控制电路、主电路、检测电路、保护电路几个部分；软件采用模块化的编程思想，编制了各程序模块的控制流程图，并论述了其实现方面的若干问题。 第六章给出了系统的仿真实验结果及分析。 第七章对全文内容进行了总结，并对无刷直流电机控制系统提出了展望。
上传时间： 2013-04-24
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作为一个自然不稳定系统，倒立摆一直被用作实时控制系统实验的控制设备。通过对它的研究不仅可以解决控制中的理论问题，还能将控制理论涉及的三个主要基础学科：力学、数学和电学(包含计算机)进行有机的综合应用。此外，在近代机械控制系统中，如航空航天上直升飞机、火箭发射、卫星发射及生活中的做体操、花样滑冰、单轮骑车等等，都存在类似于倒立摆的稳定控制问题。因此实现倒立摆系统稳定控制的研究对实际工程和现实生活有非常重要的意义。 本论文的主要目标是设计和建造一个基于数字信号处理器(DSP)的计算机控制系统来控制倒立摆的平衡。论文中用到的控制理论主要是线性控制理论和反馈控制理论。 本文首先对倒立摆的背景和研究现状作了总体介绍，简要的阐述了常见的控制算法。随后详细介绍了利用牛顿第二定律及相关的动力学原理建立一级和二级倒立摆的数学模型，并用MAILAB对倒立摆的运动特性进行了仿真。然后研究倒立摆系统的各种控制策略，比较了各种控制方法的效果。 本论文还设计了基于DSP的计算机控制系统。详细介绍了DSP硬件电路设计和外围电路设计，用C和汇编语言编写了系统的控制程序。 最后，对本论文进行了总结，对下一步要进行的工作提出了自己的设想。 整个论文的完成以一定的理论为基础，既有数学模型的分析与推导，方法理论的探讨，又有实际控制系统设计过程，而且研究对象相当典型。本文所完成的工作，既可以作为现代控制理论的教学实验，对于具有类似模型的其他装置如两足机器人的研究也有一定的借鉴作用。
上传时间： 2013-04-24
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本文主要的研究为对转永磁无刷直流电动机控制问题，对转永磁无刷直流电动机在舰船、水下航行器等对转推进系统中有着广泛的应用前景。它具有无刷直流电动机的一切优点：功率密度大、调速性能好、运行效率高、结构简单、运行可靠、维护方便等等。其与普通的永磁无刷直流电动机的差别仅仅在于原来静止的电枢部分和旋转的永磁体部分都可以相对于静止部分旋转，即有两个转子，根据作用力与反作用力的原理，两个转子受到的电磁转矩在任意时刻都是大小相等、方向相反的。因此两个转子必将沿着相反的方向旋转。 论文主要工作和创新点如下： 1)介绍了对转永磁无刷直流电机与普通永磁无刷直流电机的区别、优点及应用，详细分析了其工作原理，并建立对转永磁无刷直流电机本体的数学模型，接着利用MATLAB/Simulink建立对转永磁无刷直流电机的仿真模型。 2)研究了无位置传感器对转永磁无刷直流电机的控制方法。采用基于DSP的三次谐波过零点检测方法来检测电机转子的位置与转速，采用数字锁相环对三次谐波过零点进行90°延迟： 3)控制系统采用双闭环控制，即速度环与电流环来组成调速控制系统，其中速度环采用了基于改进的BP神经网络PID自适应控制，电流环采用滞环控制，并对整个系统进行仿真。 4)在仿真研究的基础上，本文进行了以TMS320I~F2407A的DSP芯片为控制核心的无位置传感器对转永磁无刷直流电机数字控制系统的软硬件设计。
上传时间： 2013-04-24
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不间断电源(UPS)是一种能提供优质电源并保证电源供应连续的电力电子装置。它的应用范围广泛，在很多领域，UPS已经成了标准配置。采用数字信号处理器(DSP)实现UPS的数字化控制是当前许多UPS设计者关注的问题。DSP在UPS中的应用主要集中在两个方面：一是将各种先进的控制方法用于逆变实时数字控制；二是利用DSP实现更准确更迅速的锁相环控制。 本文分析了当前逆变控制的各种方案，针对逆变的扰动及谐波周期出现的特点，采用了重复控制来提高逆变输出的稳态特性。因为重复控制具有一个周期延迟控制的特点，本文也采用了PID控制来改善逆变控制的动态性能。本文分析了目前重复控制的常用方案，在建立UPS逆变滤波电路数学模型的基础上设计了新的重复控制和PID控制结合的方案。对重复控制与PID复合控制方案在MATLAB中作了仿真。仿真试验证明了控制方案的有效性。 在硬件方面，设计了在线式UPS系统中DSP的接口电路，其中包括DSP供电电路，蓄电池电压过低检测电路，市电及输出电压过零检测等电路。对DSP的资源进行了分配，充分利用了DSP的外设多和速度快的特点。 在软件方面，设计了各部分的程序，其中包括主程序，软件锁相及正弦参考信号生成程序，输出有效值控制程序以及各种相关的中断及保护程序。 本文结合实际，搭建了实验线路，给出了实验线路的原理及各部分的实验电路。该实验电路可对逆变控制过程和锁相环节进行控制实验。 本文将PID控制与重复控制相结合，对逆变器输出进行控制，验证了重复控制与PID复合控制的有效性。本文还对UPS的DSP数字化控制作了研究，这些都对UPS技术的进步有积极的作用。
上传时间： 2013-05-17
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图像是人类智能活动重要的信息来源之一，是人类相互交流和认识世界的主要媒体。随着信息高速公路、数字地球概念的提出，人们对图像处理技术的需求与日剧增，同时VLSI技术的发展给图像处理技术的应用提供了广阔的平台。图像处理技术是图像识别和分析的基础，所以图像处理技术对整个图像工程来说就非常重要，对图像处理技术的实现的研究也就具有重要的理论意义与实用价值，包括对传统算法的改进和硬件实现的研究。仿生算法的兴起为图像处理问题的解决提供了一条十分有效的新途径；FPGA技术的发展为图像处理的硬件实现提供了有效的平台。 @@ 本文在详细介绍邻域图像处理算法及其数据结构、遗传算法和蚁群算法基本原理的基础上，将其应用于图像增强和图像分割的图像处理问题之中，并将其用FPGA技术实现。论文中采用遗传算法自适应的确定非线性变换函数的参数对图像进行增强，在采用FPGA来实现的过程中先对系统进行模块划分，主要分为初始化模块、选择模块、适应度模块、控制模块等，然后利用VHDL语言描述各个功能模块，为了提高设计效率，利用IP核进行存储器设计，利用DSP Builder进行数学运算处理。时序控制是整个系统设计的核心，为尽量避免毛刺现象，各模块的时序控制都是采用单进程的Moore状态机实现的。在图像分割环节中，图像分割问题转换为求图像的最大熵问题，采用蚁群算法对改进的最大熵确定的适应度函数进行优化，并对基于FPGA和蚁群算法实现图像分割的各个模块设计进行了详细介绍。 @@ 对实验结果进行分析表明遗传算法和蚁群算法在数字图像处理中的使用明显改善了处理的效果，在利用FPGA实现遗传算法和蚁群算法的整个设计过程中由于充分发挥了FPGA的并行计算能力及流水线技术的应用，大大提高算法的运行速度。 @@关键词：图像处理；遗传算法；蚁群算法；FPGA
上传时间： 2013-06-03
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矩阵运算是描述许多工程问题中不可缺少的数学关系，矩阵运算具有执行效率好、速度快、集成度高等优点，并且随着动态可配置技术的发展，灵活性也有了很大的提高。因此，寻找矩阵运算的高速实现方法是具有很大的现实意义，能够为高速运算应用提供技术支持。 为了提高研究成果的实用性与商用性，本文主要针对某种体积小、运算速度和性能要求很高的特殊场合设计并实现基于FPGA的矩阵运算功能。通过系统地研究FPGA功能结构、设计原理、DSP接口、IEEE-754标准，深入学习浮点数及矩阵的基础运算以及硬件编程语言等内容，根据矩阵运算的特点和原理，讨论了硬件设计方面重点对具体核心器件结构、特点以及有关FPGA的设计流程和控制器Verilog HDL硬件编程语言代码方面内容，确定了基于FPGA浮点运算及矩阵运算单元的Verilog HDL设计方法，在Quartus II平台上对其仿真、记录运算结果，并对采集到的数据结果进行了深入分析与总结。 本设计通过几种矩阵算法利用FPGA和MATLAB分别进行了实现测试，验证了设计结果的正确性，证明了本设计中矩阵运算速率的实用性与高效性，提高了系统资源利用率和系统可靠性，为今后在工程、军事、通讯等生产生活各个领域应用打下良好基础。
上传时间： 2013-07-07
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PID算法自从问世以来，一直受到广泛的关注。随着现代控制理论及智能控制技术的发展，PID算法也得到了长足的发展。结合传统的PID控制算法，针对特定的控制领域，出现了一些新的控制算法，模糊PID控制算法就是在此基础上渐渐形成并凸显其控制特色。 同时随着微电子技术的发展，现场可编程逻辑器件FPGA的发展及其EDA技术的日渐成熟，为集成控制芯片开拓了广阔的发展空间。FPGA的发展为基于硬件的算法模块的实现提供了可能性，同时节省了外围的电路，使算法模块的集成度大大提高。 本文针对当前国内外在算法研究方面的热点问题，对模糊PID算法进行了深入的分析和研究。通过对汽轮机调节系统的结构分析，对其进行了数学建模。采用某汽轮机的实际设计运行参数，利用Matlab仿真软件，对该汽轮机的数学模型进行了甩负荷动态特性仿真。仿真结果表明，模糊PID可以更好地解决汽轮发电机组在甩负荷过程中由于机组转子飞升量太大而导致危急保安装置动作，使得汽轮发电机组意外停机的问题，能够保证汽轮发电机组在意外甩负荷时机组正常的机械运转。根据模糊控制理论的特点及EDA技术和FPGA可编程逻辑器件的发展现状，提出了在FPGA上实现模糊PID算法的具体实现方案。在综合分析算法特性的基础上，选择Altera公司生产的CycloneⅡ系列中的EP2C35F672C6作为目标芯片，利用分层模块化设计思想，在Altera公司提供的QuartusⅡ开发环境中，利用原理图设计输入和VHDL设计输入相结合的方式实现了模糊PID控制算法，同时分别对实现的各个功能模块和整个算法模块进行了功能时序仿真。根据仿真结果分析，该设计实现了的模糊PID控制功能。 该控制算法模块的FPGA实现很好的避免了因CPU或者其它问题导致算法程序跑飞、程序死循环、复位不可靠等问题，提高了控制的可靠性。同时加强了模块的通用性，减少了系统硬件开发周期，节省了外围设备的电路，降低了设计开发成本。
上传时间： 2013-07-21
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