永磁无刷直流电动机是一种先进的集电力电子变换器与永磁电机本体于一体的机电一体化系统,它既具备交流电动机结构简单、运行可靠、维护方便的一系列优点,又具备直流电动机运行效率高、无励磁损耗以及调速性能好的诸多特点.正是由于这些原因,自上世纪末起,逐渐形成永磁无刷直流电机的研究热潮.在此背景下,本文以此为课题,对永磁无刷直流电机系统进行了一些理论分析和实践应用.本文首先在综合国内外有关文献的基础上,分析了永磁无刷直流电机的发展历程、现状和趋势,提出了目前存在的一些问题.介绍了永磁无刷直流电机的结构和运行原理,推导出永磁无刷直流电机的数学模型.针对永磁无刷直流电机的转矩脉动,本文详细分析了各种调制斩波方式对注入电机电流以及转矩脉动的影响,比较分析各种斩波方式下系统运行情况,提出一种有利于减少转矩波动的斩波方式.同时,本文还提出了一种回馈制动的方式,进一步提升系统性能,节约能源.在大型永磁电机磁极设计中,通常采用多块磁钢来组成励磁磁极.考虑到磁钢本体的分散性和加工误差,本文从工程实际应用出发,提出了一种磁钢优化配置方法,保证每个磁极中各段磁钢产生的合成磁密幅值接近相等且通量均衡,从电机本体设计角度上提高系统性能.本文在理论分析基础上,以单片机和功率智能模块为硬件平台,实现了一套多相永磁无刷直流电机系统.针对理论分析,进行了各种方案的比较分析,经过试验结果和仿真分析结果,进一步支持了论证了理论分析正确性和实用性.同时,对于实际应用中的一些问题,本文也做了一些工作,提出一些分析和改进.
上传时间: 2013-08-04
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论文针对两轮电动车辆(EV)用稀土永磁(REPM)无刷同步电动机(SM),分别进行了正弦波和方波两种工作方式下的控制技术研究。论文在全面分析正弦波和方波无刷电机工作原理、调速控制方法及其性能特点的基础上,分别对36VDC电动自行车和96VDC电动摩托车用稀土永磁无刷同步电动机进行了正弦波、方波驱动系统的构建和控制电路设计。 论文采用高集成度智能专用芯片与廉价的EEPROM配合作为核心控制单元,生成稳定的SPWM脉冲信号,构成36VDC正弦波驱动系统,其外围电路简单紧凑,克服了传统SPWM信号产生方法中微处理机程序容易“跑飞”和模拟系统复杂的缺陷。同时,采用专用PWM调制芯片和硬件逻辑器件构成96VDC方波驱动系统,采用宽范围输入电压的开关电源实现系统的控制供电,将直流电机系统常用的电流截止负反馈电路引入无刷电机驱动系统中,提高了大功率方波驱动系统的可靠性,其原理样机性能稳定,负载电流可达30A。 两种系统测试结果分析对比表明:相同结构的稀土永磁无刷同步电动机,采用正弦波或方波驱动控制各有利弊。正弦波驱动采用变频调速,电机运行平稳,利用弱磁调速,还可实现超高速恒功率运行,但易于失步;而方波驱动采用PWM调压调速,电机则具有良好的控制特性,机械特性较硬,起动转矩大,车辆提速快,适于爬坡,但转矩脉动较大。 综上所述,采用方波驱动更适合于两轮电动车辆的运行特点,论文介绍的方波驱动系统在电动车辆应用领域有着较好的发展前景。
上传时间: 2013-04-24
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励磁控制系统是同步发电机的重要组成部分,它的特性好坏直接影响电机及电力系统运行的可靠性和稳定性。 基于此,利用仿真的方式对励磁控制系统进行了研究并给出了相关结论,同时提出了一些新的控制算法,并建立了一个励磁控制系统仿真平台。 首先,从同步电机和励磁系统的模型入手,根据研究需要修改了同步电机的仿真模型,详细地介绍了检测单元、控制单元和励磁系统主回路模型,在总结普通PID调节方式不足的基础上提出了一种性能优越的非线性PID控制方式。 其次,分别在有刷和无刷励磁系统下,对普通PID、非线性PID和模糊自适应PID三种控制方式在阶跃响应和突变负载的情况下进行仿真,对输出的机端电压进行分析并得出相关结论。 除了对通用的励磁控制算法进行仿真分析外,提出了一种基于同步电机本身的励磁控制算法,这种控制方式是对励磁电流进行闭环控制,并辅以非线性的PID控制进行进行精度调节。针对这种方式,提出了两种实现方案。同样在有刷和无刷励磁系统下进行阶跃响应和突变负载的仿真分析研究。仿真测试表明,这种控制算法在控制的快速性和稳定性方面优于通用的控制方式。 最后,鉴于励磁控制系统仿真的重复性及操作的繁琐性,建立了一种基于MATLAB GUI的励磁控制仿真平台,借助此平台对SIMULINK模型操作,可以方便地实现对参数的设置与修改、模型的查看和修正、仿真的显示及相关的辅助操作等等,可以极大地简化仿真的操作过程,提高仿真的效率。另外,此平台的实现也为其它系统类型仿真界面的建立提供了重要的参考。
上传时间: 2013-04-24
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本课题来源于重点航空研究项目——某型飞机电动舵机用双余度隔槽嵌放式稀土永磁直流无刷电机的研制,进行双余度无刷直流电机的控制技术及性能研究具有理论意义、工程意义和显著的社会效益和经济效益.论文介绍以AT89C51单片机与SG3525脉宽调制控制器为核心的双余度稀土永磁无刷直流电机试验器的系统硬件结构,并对PWM调速控制、功率驱动输出及GAL逻辑综合等电路进行分析,提出并设计了电流截止负反馈电路实现电机堵转和起动时的电流限制功能.在控制器软件需求分析的基础上,介绍了基于KeilC51的RTXTiny实时多任务操作系统的软件工程化技术.按照控制设计、编程、测试、试验等规范,建立了完整的文档,提高软件的易读性、易理解性,以达到软件的高可靠性和强壮性.无刷直流电机是典型的强电与弱电相结合的系统,并且飞机系统的电磁环境复杂,本文对系统的干扰源、传播途径等问题进行了研究,并提出相应的软、硬抗干扰措施使系统性能达到总体设计要求.
上传时间: 2013-07-21
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永磁无刷直流电动机是一种机械、电气、电子一体化的高技术产品,具有结构简单、运行可靠、使用寿命长等优点,在现代轻重工业中应用广泛。现代工业技术和生产需求的快速发展对永磁无刷直流电动机控制系统的性能要求不断提高,因此研究具有响应速度快、调节能力强、控制精度高的无刷直流电动机控制系统具有十分重要的意义。 本文介绍了永磁无刷直流电动机控制系统的组成和研究方向,介绍了英飞凌XC167Cl高性能16位单片机,进而对永磁无刷直流电动机的类型进行了介绍,同时分析了永磁无刷直流电动机的工作原理,建立了比较完善的数学模型,并详细阐述了转矩脉动产生的原因和消除转矩脉动的一般方法。 本文设计并实现了基于英飞凌XC167Cl高性能16位单片机的转速和电流双闭环永磁无刷直流电动机控制系统。系统采用PWM方式实现对电机的控制。转速和电流双闭环数字PI器的应用使得控制系统具有良好的动态和静态性能。单片机和液晶显示与键盘给定模块之间的串行通信实现了控制系统信息在人机间的传输,为系统的调试带来了灵活性,也为控制系统中参数的实时监控和给定提供了方便。 在本文的最后,就采集到的部分波形,分析了实验结果,并提出了对本系统的总结和展望。 实验表明,本文所采用的英飞凌XC167Cl高性能16位单片机具有极高的性能,以其为核心的控制系统具有运行性能良好、调试方便、升级换代容易等特点,为后续的研究工作提供了实验基础和借鉴。
上传时间: 2013-05-25
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在早期阶段,直流调速系统在传动领域中占统治地位。然而,从60年代后期开始,交流电动机在工业应用领域正在取代直流电动机,交流传动变得越来越经济和受欢迎。永磁交流伺服系统作为电气传动领域的重要组成部分,在工业、农业、航空航天等领域发挥越来越重大的作用。永磁同步电动机以其特点广泛应用于中小功率传动场合,成为研究的重要领域。然而,永磁同步电动机具有较大的转动脉动,而对于这些应用场合,转矩平滑通常是基本要求。因此,对永磁交流伺服系统的应用,必须考虑其转矩脉动的抑制问题。本文针对电机传动系统中参数变化对电机性能的影响,以永磁同步电机为例,围绕如何通过参数辨识来提高永磁同步电动机的控制性能,借助自行开发的全数字永磁交流伺服系统平台,对永磁同步电动机的磁场定向控制,参数辨识,神经网络和扩展卡尔曼滤波在控制系统中的应用,抑制转矩脉动,提高系统性能几个方面展开深入的研究。 本文从永磁同步电动机及其控制系统的基本结构出发,对通过参数辨识抑制转矩脉动进行了较为细致的分析。针对不同情况,通过改进电机的控制系统,提出了多种参数辨识方法。主要内容如下: 1、基于定子磁链方程,建立了永磁同步电动机的一般数学模型。经坐标变换,得出在静止两相(α—β)坐标系和旋转两相(d—q)坐标系下永磁同步电动机电压方程和转矩方程。 2、分析了永磁同步电动机id=0矢量控制系统的工作原理,介绍了永磁同步电动基于磁场定向的矢量控制的基本概念。经对永磁同步电动机系统进行分析,推导并建立了id=0控制时整个电机系统的数学模型。 3、基于超稳定性理论的模型参考自适应控制原理,设计了一种模型参考自适应控制系统,考虑电机参数的时变性,对永磁交流伺服系统的绕组电阻和电机负载转矩辨识进行了研究,以保持系统的动态性能。利用Matlab/Simulink建立仿真模型,对控制性能进行了验证,仿真实验证明这种方法的可行性。 4、人工神经网络具有很强的学习性能,经过训练的多层神经网络能以任意精度逼近非线性函数,因此为非线性系统辨识提供了一个强有力的工具。本章针对永磁同步电机提出了一种以电机输出转速为目标函数的神经网络控制方案,同时应用人工神经网络理论建立和设计了负载转矩扰动辨识的算法以及相应的控制系统的补偿方法,并应用MATLAB软件进行了计算机仿真,仿真证明和传统的控制方法相比,以电机输出转速为指导值和目标函数的神经网络控制方案能有效地提高神经网络的收敛速度,能有效地改善控制系统的动态响应,具有跟踪性能好和鲁棒性较强等优点。 5、电机的参数会随着温升和磁路饱和发生变化,需进行在线实时辨识。本文利用电机的定子电流、电压和转速,采用递推最小二乘法进行在线参数辨识,该方法不需要观测的磁链信号,消除了磁链观测和参数辨识的耦合。电机状态方程由于存在状态变量的乘积项,对电机参数辨识以后,仍然是非线性方程,为了对电机状态方程进行状态估计,得到电机的参数辨识值,本文采用扩展卡尔曼滤波进行状态估计,对以上方法的仿真实验得到了满意的结果。 6、本文基于数字电机控制专用DSP自行开发了全数字永磁交流伺服系统平台,通过软件实现扩展卡尔曼滤波对电阻和磁链的估计,以及基于磁场定向的空间矢量控制算法,获得了令人满意的实验结果,证明扩展卡尔曼滤波算法对电阻和磁链的实时估计是很准确的,由此构成的永磁交流伺服系统具有良好的静、动态性能。
上传时间: 2013-07-28
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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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随着国内交流伺服电机等硬件技术逐步成熟,高运算能力的控制芯片与电机控制技术相结合,具有高效、节能和可移植性好等特点,这样使得交流伺服系统成为现代电机伺服驱动系统的一个发展趋势。 本文主要是基于MCU研究和设计了交流永磁电机位置伺服控制系统。针对三相永磁同步电机的物理方程,通过坐标转换,在d-q旋转坐标系下建立转矩方程,采用Id=0的矢量控制策略,建立一套完整的全数字交流位置伺服控制系统。 硬件方面,采用的是瑞萨公司专用电机控制Tiny系列芯片M30262F8作为控制芯片,并由三菱公司的第三代IPM模块PS21564实现功率驱动,简化了系统电路,缩小了系统的体积,提高了系统的可靠性。由交流电流传感器检测三相定子绕组电流;由增量式磁性编码器检测永磁转子位置,并设计一种比较快速的转子初始检测方法。 软件方面,采用结构化语言C和单片机M16C汇编语言混编,实现了单片机初始化、三环控制、电流跟随型PWM控制,提高编写代码的效率,同时保证系统的实时控制性能;由软件方式实现经典PID控制和简单模糊控制相结合构成“串联校正”闭环控制系统,提高了系统的快速性和抗干扰能力。此外,本文对控制策略进行了研究,阐述了模糊PID控制策略;还介绍了SPWM、SVPWM和跟随型PWM调制。 实验结果表明,本文所设计的伺服控制系统能实现电机的启动,调速和定位等,并能达到系统的性能指标。
上传时间: 2013-05-19
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无刷直流电机具有体积小、重量轻、效率高和转动惯量小等优点,另外它还具有和直流电机一样的调速特性,而没有直流电机复杂的机械换相设备,所以被广泛应用于伺服控制、数控机床、机器人等工业领域,现代工业的快速发展对无刷直流电机控制系统的性能提出了更高的要求。因此,研究具有响应速度快、调节能力强、控制精度高的无刷直流电机控制系统具有十分重要的意义。 直接转矩控制是一种高性能的电机控制方法,它已经成熟的应用在感应电机和永磁同步电机上,实现了优良的稳态性能和动态响应特性。本文通过大量的文献资料阅读,对无刷直流电机及其相关技术的发展、现状和趋势有了一个比较全面的理解,在此基础上,详细分析了无刷直流电机的数学模型,并提出了一套相应的直接转矩控制方案,建立了仿真和试验平台,进行了仿真分析和实验研究,获得了有价值的研究成果。 本文的主要研究内容包括: (1)详细分析了无刷直流电机的运行机理和数学模型,在此基础上阐述无刷直流电机直接转矩控制的基本控制机理,包括基于逆变器二二导通模式的空间电压矢量的定义和针对无刷直流电机具有非正弦波反电动势这一特点而推导的转矩计算公式等。 (2)提出了一套无刷直流电机直接转矩控制的具体实施方案,并根据这套方案建立了基于Simulink(Matlab)的无刷直流电机直接转矩控制的仿真模型,对所提出的控制方案进行了仿真分析。仿真结果验证了该方案在理论上的可行性。 (3)在理论研究的基础之上,设计研制了一套基于DSP+IPM的无刷直流电机直接转矩控制实验系统,编写了控制程序软件,进行了无刷直流电机直接转矩控制的实验。实验结果达到了预期的要求,证实了直接转矩控制在改善无刷直流电机动态调速性能上的优势。 本论文开展了继异步电机和永磁同步电机之后对无刷直流电机实现直接转矩控制的探索性研究工作。通过理论分析、计算机仿真和实验得出了一些有意义的经验和结论,为课题的进一步深入开展奠定了基础。
上传时间: 2013-07-11
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风能作为一种清洁可再生能源,发展迅速,已经成为世界新能源最主要的发展方向之一。本文以863计划项目"MW级风力发电机组电控系统研制"为研究背景,介绍了1.2MW永磁同步电机变速恒频风力发电系统,研究了变流系统中逆变器的控制方法。 本文首先对风力发电进行了概述,介绍了我国和世界风电发展状况以及技术发展趋势。当今风力发电技术,大功率直驱化和双馈是两个发展方向,本课题1.2MW风力发电系统就是采用了永磁同步电机加交直交变流系统的结构模式,中间省去了齿轮箱,减少了维护,具有较好的发展前景。 论文第二章首先对风轮机叶片的空气动力特性进行了分析,介绍了不同风速下风力发电机的控制策略。就直驱技术与变速箱/感应电机技术--目前风力发电领域变速恒频技术的两大发展方向作了较为详细的介绍分析。 在变流系统中,逆变并网是重要的环节,起到了将电能传输到电网的作用。文章中重点分析了三相并网逆变器的主电路结构、原理和工作方法,并进行了理论推导和公式说明。 本文对1.2MW永磁同步电机变速恒频风力发电系统的主电路参数的选择作了理论推导和计算,包括主电路直流侧电容,网侧电感,三重化升压电感,网侧滤波电容等,还确定了斩波和逆变部分所采用的开关管和六相整流所采用的二极管,并在额定正常工作情况下,分别计算斩波和逆变部分开关管的损耗和开关管的结温。 本课题采用瞬时电流法对并网逆变器进行控制。在实验中上确定了电压外环和电流内环的PI参数,顺利完成了闭环控制实验。 文中采用DSP2407高速集成控制芯片是控制的核心,并根据控制流程图对其控制进行了软硬件设计,实现了控制板上的信号采集、运算、故障检测、电路驱动等功能。并进行了小功率试验,得到了较好的电压电流波形,并对波形进行了详细分析,验证了本文采用方法的正确性。
上传时间: 2013-07-06
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