动力传动中的直线往复运动往往是通过旋转运动在传动装置的作用下实现的。因此,频繁的高速和低速的传递运动装置的较好选择是直线开关磁阻电机(LSRM)。但是,这种电机很少得到运用,这是因为LSRM的数学模型很难准确建立,它的固有的牵引力脉动(类似于旋转开关磁阻电机的转矩脉动)也很难克服,因而控制起来比较困难。随着电力电子技术和数字技术的发展,直线开关磁阻电机以其简单结实的电机结构、优越的性能和经济指标,近年来受到学术界的极大关注,不少大学和研究机构都开展了研究工作,取得了一定的成就。本文在“通过先进的控制策略简化机械装置”的指导思想下,结合目前国际学术界的最新研究成果,对直线开关磁阻电机的理论、结构设计和系统仿真进行了一系列的研究。 本文从最基本的理论公式推导出直线开关磁阻电机的数学模型,并在此基础上结合具体参数进行电机的结构设计,分析了各参数的静态特性,推导出动态方程和传递函数,建立了非线性动态模型,利用该模型进行系统的动态特性分析,给出仿真结果;对系统进行优化,提出了一种简单可行的参数选择方法。仿真结果表明,其动态响应性能明显提高。在分析常用功率变换器的基础上,引进软开关技术,用来降低电机的损耗和脉动。采用TMS320VC33进行数据处理,给出了与DSP相连接的相关检测电路。 为了降低和消除开关磁阻电机的脉动和噪声,本文利用滑模变结构控制具有快速响应和对外部变化不灵敏等优点,设计了LSRM滑模变结构控制系统。仿真结果表明,其效果明显。 本文研究的目的在于把直线电机的结构和开关磁阻电机的原理和控制方式结合起来,对直线开关磁阻电机进行深入的分析,并在动态特性上进行较多的理论和仿真分析,在保持开关磁阻电机固有的优点上,进一步简化电机的结构,使之能在一些特殊场合使用,以提高整个传动系统的效率。 研究结果表明,直线开关磁阻电机的结构十分简单,控制策略相对成熟,因而直线开关磁阻电机的研究和推广运用是很有前途的。
上传时间: 2013-06-20
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开关磁阻电机(SR电机)驱动系统(SRD)是一种先进的机电一体化装置,但是其较大的振动噪声和转矩脉动问题制约了SRD的广泛应用。本文以减小SR电机振动噪声和转矩脉动为主题展开理论分析和实验研究。主要内容有:由于径向力引起的定子径向振动是SR电机噪声的主要根源,因此径向力的分析和计算是研究SR电机振动噪声的基础。本文利用磁通管法推导出径向力的解析表达式,定性分析了径向力与电机结构参数等之间的关系。根据虚位移原理,推导出基于矢量磁势的电磁力计算公式。该计算方法求解电磁力时只需进行一次磁场计算,不但减小了计算量,同时计算精度较传统虚位移法高。利用这一计算方法,求出了实验样机的转矩及径向力的精确数值解。针对在SRD性能仿真时,传统的非线性插值不但耗时,而且对有限元计算数据量要求高的问题,本文利用人工神经网络强大的非线性模型辨识能力,成功进行了SR电机磁链反演和转矩计算的模型训练,最后建立了基于人工神经网络的SR电机精确解析数学模型。因为SR电机本体结构形式的选择问题与振动噪声大小有着密切的关系。本文从噪声辐射和振动幅值角度探讨了SR电机主要尺寸的确定;接着从对称性、力波阶数等角度研究了SR电机相数及绕组连接方式、极数、并联支路数的选择问题。并对一些常用的降低电机机械噪声的措施和方法进行了综述。系统振动特性的研究对于减小振动噪声十分重要。本文从振动系统的运动方程出发,导出了从激振力到振动加速度的传递函数和系统的自由振动解;然后利用机电类比法得出了SR电机定子系统的固有频率以及振动振幅的解析解,定性分析了影响振动振幅的各种因素;最后利用基于能量法的有限元解法,通过建立不同的散热筋结构形式、高度、根数以及形状的SR电机三维有限元模型,分析得出了最有利于降噪和散热的散热筋结构是高度高、根数多、上窄下宽的梯形截面的周向散热筋的结论。通过建立不同绕组装配工艺下的SR电机三维有限元模型,分析得出了加强绕组刚度可以提高系统低阶固有频率的结论。通过比较实验样机的模态分析结果和运行实验结果,证实了模态分析的有效性。仿真是计算SRD系统性能和预估电机振动的有效手段。本文在用MATLAB建立SRD系统的非线性动态仿真模型的基础上,对SRD系统进行了稳态性能仿真、动态性能仿真以及负载突变仿真。接着利用稳态性能仿真,综合考虑最大平均转矩和效率这两个优化目标,对SR电机的开关角进行了优化。最后结合由磁场有限元计算得到的径向力数据表和稳态性能仿真,通过非线性插值得到径向力的波形,然后对径向力波形进行了频谱分析,从而找到其主要的谐波分量。在电机设计阶段避免径向力波主要频谱分量与SR电机定子的固有频率接近而引起共振是降低SR电机噪声的首要条件。合适的控制策略对于SR电机减振降噪是必不可少的。本文理论推导出三步换相法的时间参数取值公式。仿真证明本取值公式较原先文献的结论在阻尼比较小时有更好的减振效果。针对SR电机运行中可能出现多个模态振形被激发出来的情况,利用数值优化法对三步换相法的时间参数进行了优化,使得减振效果整体最佳,所提的数值优化方法对两步换相法同样有效。在分析已有的直接瞬时转矩控制的基础上,针对其不足之处,提出了转矩定频控制取代内滞环的方法、开始重叠区域的转矩控制方法、最佳开关角度二次优化法和时间参数优化的三步换相法等新的控制方案。动态仿真证明这些方案是切实有效的,达到了预期效果。最后在直接瞬时转矩控制的每一次转矩斩波都使用三步换相法,和在相关断时刻根据实际电平灵活选用两步或三步换相法以减小电机振动噪声,并提出了考虑减振要求的开关频率设计方法,最终形成了一套完整的降低振动噪声和转矩脉动控制策略。设计并研制了基于TMS320LF2407DSP的SR电机控制器。根据控制策略要求,选用了不对称半桥功率电路拓扑结构;出于降低成本以及提高可靠性考虑,采用了MOSFET双路并联电路方案。在控制软件中实现了本文所提出的降低SR电机振动噪声和转矩脉动控制策略。本文最后对实验样机进行了静态转矩的测量实验,对比转矩测量值与转矩有限元计算值,验证了磁场有限元计算的有效性。然后对实验样机进行了空载与负载、电流控制与转矩控制、低速斩波与高速单波、是否采用两步或三步换相法等一系列对比运行实验,对比各种实验结果,充分证实了本文所提出的降低振动噪声和转矩脉动控制策略的有效性。本课题组承担了国家十·五863计划电动汽车重大专项:“EQ6110HEV混合动力城市公交车用电机及其控制系统”(2001AA501421)。本文的研究是在该项目的资助下完成,并且本文关于电机本体结构形式、散热筋结构和机械降噪措施等的结论已在该项目的60kW实验样机上得到证实。
上传时间: 2013-07-05
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稀土永磁无刷直流电动机采用高磁能积的稀土永磁材料,同时采用电子换向技术去掉了电刷,使得它具有结构简单、运行可靠、体积小、质量轻、损耗小、效率高、运行特性优良等特点,从而广泛应用于航空航天、精密仪器、工业控制等许多对电机运行性能要求较高的场合。因此,对稀土永磁无刷直流电机的研究具有重要的意义。本文对稀土永磁无刷直流电动机设计方法和分析方法进行了研究: 永磁电机设计计算中传统的一般采用比较简单的磁路法,用磁钢工作图计算静态及动态的工作点,这显然不能满足精确性的要求。本文采用了场路结合的方法,首先利用磁路法对电机进行初步设计,然后建立有限元分析模型对电机的参数和性能进行精确分析,采用这样的方法不但可以满足精确性要求,同时可以缩短设计周期。 本文把有限元方法引入到了对电机性能影响较大的重要系数(如空载漏磁系数、电枢计算长度、计算极弧系数和气隙系数等)及性能参数反电动势、电磁转矩、电感的计算中。以电机内磁场有限元分析为基础的设计结果体现了较高的精确度;同时,由于在大功率、高转速的永磁无刷直流电动机中,电流受漏感的影响从而改变了电机的性能,因此漏感的作用不容忽视。本文推导了稀土永磁无刷直流电动机漏电感计算的有限元方法,引入了电机等效电阻系数,并针对电磁转矩脉动和齿槽转矩脉动的产生的原因,给出了多种有效的抑制方法,使电机设计更为合理。最后介绍了电机测试平台的搭建和具体的测试方法,以验证用户关心的电机性能参数在电机设计中的正确性。
上传时间: 2013-06-09
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作为数控机床、机器人等的重要组成部分,随着加工制造、汽车等行业的发展,永磁交流伺服系统成为国内外研究和应用的一个重要领域。同时随着功率电子器件和微处理器的进步,伺服系统也逐步向全数字化方向发展,全数字化系统具有可靠性高、实现新控制策略容易、功能丰富等优点。 本文论述了永磁同步电机空间矢量脉宽调制控制的最新发展,分析了从基础理论到最新的控制算法的有关永磁同步电机空间矢量控制的许多问题。在对永磁同步电动机(PMSM)的数学模型和控制理论进行全面、深入研究的基础上,本文在PMSM 的电压空间矢量的弱磁控制方面做了大量的理论和实验研究,提出一种基于空间矢量PWM (SVPWM)的PMSM 定子磁链弱磁控制定方法,在电机转速达到基本转速之前采用最大转矩/电流策略控制,超过基本转速之后采用弱磁扩速的电流控制策略,使电机具有更大的调速空间,该策略可实现电压矢量近似连续调节,有效减小了PMSM 的转矩脉动,提高了系统的性能,仿真结果证明了这一结论。 在上述工作的基础上,研制开发了一套基于TMS320LF2407A 的高性能全数字永磁交流调速系统。该系统以空间矢量PWM 控制为核心。
上传时间: 2013-06-08
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励磁调节系统是同步发电机的重要组成部分,对同步发电机乃至电力系统的安全稳定运行有着重要影响。随着电力系统规模的不断增大,系统结构和运行方式日趋复杂,对同步发电机励磁控制系统运行的可靠性、稳定性、经济性和灵活性提出了更高的要求。本文根据励磁调节器的国内外发展趋势,研究开发了以TMS320F2812芯片为控制核心的同步发电机DSP励磁调节器。 本文首先介绍了数字励磁的发展历程、特点及应用范围,然后介绍了同步发电机励磁控制系统的国内外发展状况及趋势,提出了基于数字信号处理器 TMS320F2812 控制的绝缘栅双极晶体管(IGBT)微机励磁系统的结构和设计方案。 在详细解释功率器件 IGBT 和控制器件TMS320F2812芯片基础上,提出了励磁系统的主要硬件设计及软件实现方法;完成了IGBT励磁装置主回路和 IGBT 保护及驱动单元的设计;进行调节器硬件设计,给出了硬件原理图和软件流程图;利用TMS320F2812芯片强大的数据处理能力和丰富的片内外设和高速的实时处理能力,用单片系统结构实现了交流采样、变速积分 PID控制算法、PWM功率调节和系统保护等功能。TMS320F2812芯片的引入,大大简化了励磁控制器的硬件结构,提高了励磁系统的抗干扰能力和可靠性。 最后,为验证所设计的励磁调节器的有效性和控制效果,采用 MATLAB 中 SIMULINK 仿真平台,设计了励磁控制系统各环节的仿真模型。仿真结果表明,采用 TMS320F2812的同步发电机IGBT励磁系统具有响应快速、调节灵敏、控制性能优良等特点。
上传时间: 2013-07-29
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直流偏磁是变压器的一种非正常工作状态,是指在变压器的励磁电流中出现了直流分量。在直流输电系统中,由于换流站的工作特性,有直流电流分量流过换流变压器的绕组,产生直流偏磁现象,这一现象将对换流变压器的正常运行产生不利的影响,如励磁电流发生畸变、变压器铁心损耗增加及铁心高度饱和引起的漏磁通增加。因此,从电磁场的角度分析这一现象是必要的。 由于铁磁材料的非线性,不能应用叠加原理分析直流偏磁时的励磁情况。为此,本文应用了二维瞬态场路直接耦合有限元法,借助大型有限元分析软件Ansoft,定量分析了在不同等级直流偏磁电流作用下,换流变压器空载运行状态下的励磁电流波形情况,结果表明,直流偏磁使铁心中的磁通密度发生偏移,对应的励磁电流波形呈现正负半波极不对称的形状,并且直流偏磁量越大励磁电流的畸变越严重。 在求出直流偏磁量与励磁电流峰值关系的基础上,应用一种基于铁心空载损耗数据的方法,定量分析了在不同等级直流偏磁电流作用下,换流变压器铁心损耗情况,结果表明,随着直流偏磁电流的增加,铁心损耗也会随之增加,这会导致铁心温升上升,严重时会导致铁心局部过热,影响变压器的正常运行。 在漏磁场分析中,讨论了变压器漏磁场的类型和作用,经过合理简化,建立了换流变压器二维漏磁场计算模型,应用二维瞬态场路直接耦合有限元法,分析了不同等级直流偏磁电流作用下,换流变压器漏磁场分布情况,结果表明,随着直流偏磁量的增加,不同位置处漏磁场分量的变化规律基本不变,但漏磁在增加,且不同位置漏磁分量增加的速率不同。
上传时间: 2013-06-25
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风能是可再生能源,世界各国越来越重视风能的开发和利用。国内外学者也开始研究高效率永磁电机在风力发电上的应用。在山东省科技厅资助下,本文研究了一种新型结构的双转子永磁发电机,其高运行效率和特殊的电机结构,使其在小型风力发电系统中存在着巨大优势。本文主要研究的内容如下: 第一部分首先给出了双转子永磁电机的基本结构、等效磁路、工作原理,然后对双转子永磁电机电枢反应电感参数进行计算。 第二部分对双转子永磁电机的空载感应电势进行解析计算和有限元分析验证。首先通过引入相对比磁导函数,给出了双转子永磁电机考虑齿槽效应时定子表面的磁场分布,并给出了相应的波形。然后采用矢量合成法推导了空载感应电势的表达式,为了验证空载电势解析法的正确性,本文采用有限元法对其分析计算。通过比较得出:解析法和有限元法吻合很好。最后,针对双转子电机的特殊结构,提出了三种改善电势波形的方法,并利用解析法对其进行分析,证明了这几种措施的可行性。 第三部分针对halbach磁体电机在风力发电系统中的潜在优势,主要研究了halbach磁体结构双转子电机的电势和齿槽转矩。首先给出了halbach阵列的基本原理,采用有限元法分析了halbach磁体结构双转子电机的磁场分布及空载电势波形,并对其进行了谐波分析。最后利用能量的虚位移法推导了双转子电机的齿槽转矩,对于halbach磁体双转子电机,提出了三种减小转矩脉动的方法,并通过有限元分析进行了比较,证明了这几种措施的可行性。 第四部分对双转子电机的设计进行了分析,提出了先分别设计内外电机再统一调整的设计方法,最后设计制作了样机,给出了样机图片。并对样机进行试验,测量不同转速下电机的空载电势波形,电机的电势-转速曲线,电机的负载电压-电流特性曲线,并测量了电枢反应电感数值,通过对比可以得出:试验值、解析值和有限元值吻合很好。
上传时间: 2013-08-04
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近年来,随着多媒体技术、计算机网络与通信技术的的快速发展,传统的监控系统也不断向着新的发展方向进行着不断的更新与发展。进而随着嵌入式技术的出现以及人们对降低监控系统成本和提高可靠性的迫切需求,基于嵌入式系统的网络视频监控系统将成为新的研发热点。 本文的目的是把嵌入式技术与计算机网络技术相结合,构造一个性能稳定且具有较强处理能力的数字化远程视频监控系统。该监控系统以嵌入式Linux系统平台作为服务器端,服务器程序在其上以后台方式运行,等待监控系统环境中的客户机使用浏览器向其发送访问请求,实现在局域网乃至Internet网上对摄像头的远程控制。 文中把系统设计分为三大部分:系统硬件设计、嵌入式Linux在硬件平台的实现和系统软件设计。硬件设计部分首先提出了整个硬件系统的实现方案,接着详细介绍了S3C2410处理器与存储器、以太网控制器芯片以及USB和串口的接口电路设计;第二部分详细叙述了嵌入式Linux在本系统硬件平台的移植实现及应用程序的开发特点,重点讲述了本系统平台上Linux的引导加载程序Bootloader的设计过程;系统软件部分首先介绍了USB接口摄像头驱动在嵌入式Linux下的实现,重点讲述了Video4Linux下视频采集的实现,接着论述了如何实现图像的JPEG压缩,最后针对基于B/S模式的网络通信系统结构,详细阐述了网络通信的具体实现过程和方法。 最后在办公室局域网通过对系统测试,显示了系统运行结果,实现了利用局域网或Internet网对远程环境进行监控的功能。
上传时间: 2013-07-04
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近年来,随着人们生活的改善,机动车辆得到迅速发展,其排放的尾气己造成城市空气严重污染,一些城市相继制定法规限制摩托车和燃油助力车的使用来保护环境。于是发展绿色交通工具已成为一个重要的课题。电动车具有轻便、无污染、低噪音和价格低廉的特点,成为比较理想的交通工具。开关磁阻电机的结构简单、控制灵活、可靠性高、能在较宽的速度范围内高效运行、而且坚固耐用,适合于在恶劣条件下应用等特点决定了其非常适合于车辆负载。 本文主要研究四相8/6极开关磁阻电机传动系统在两轮电动车中的应用,设计了以AVR单片机为主控芯片的电动车控制器。1.根据开关磁阻电机的结构和工作原理,建立了SR 电机的数学模型,分析并确定了开关磁阻电机的位置信号检测方法,制定了该系统使用的控制策略:采用转速外环、电流内环的双闭环控制,通过AVR单片机片内定时器/计时器T/C2输出的PWM斩波调压间接地调节电流以控制电机的转速。2.以AVR单片机为核心,设计了开关磁阻电机控制系统的各硬件电路,主要有电源转换电路和电压采样电路、系统功率电路及MOSFET驱动电路、位置信号检测电路和电流检测与保护电路。3.在硬件电路的基础上设计了系统的控制软件,并对电动车的刹车、过流保护、欠压保护和定速巡航等功能加以改善和提高。最后对所开发的系统进行了调试,通过实验得到的速度电流波形证实了该控制器的可行性。
上传时间: 2013-07-25
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随着电力电子技术的发展,高速永磁无刷直流电机应用前景越来越广阔,有较大的研究价值,对其电磁性能进行准确的分析和设计具有重要的经济价值和理论意义。本文主要是围绕着永磁无刷直流电机,尤其是高速永磁电机的磁路、电路性能的分析、铁耗和温升的计算、优化设计、控制系统和样机制造和实验等做了大量的工作: 对电机的磁路进行分析设计:从磁路结构入手,分析了定子铁芯、转子铁芯和永磁体的各种结构优劣及其选型、选材的根据;讲述了场路结合的分析计算方法;给出了极数、槽数、绕组、转子参数、定子参数和轴承的参数确定方法。 对永磁无刷直流电机的电路进行分析:从电机磁场分析入手,根据齿磁通分析计算了电枢绕组的感应电动势;根据此电动势的波形,推导了三相六状态控制时,电动势的电路计算模型,重点推导了电动势平顶宽度小于120度电角度时的电路模型,指出换相前电流波形出现尖峰脉冲的原因,该模型考虑了电感对高速电机性能的影响;给出了基于能量摄动法计算绕组电感的方法。 高速永磁无刷直流电机内的损耗尤其是铁耗较大,根据经验系数来计算铁耗的传统方法已显得力不从心,如何准确计算高速永磁无刷直流电机内的铁耗是困扰电机工作者的一个难题,本文根据Bertotti铁耗分立计算模型,进一步推导了考虑电机内旋转磁化对铁耗的影响的铁耗计算模型,其各项损耗系数是由铁芯材料在交变磁化条件下的损耗数据通过回归计算得到。通过实际电机的计算和实验测试,表明此计算模型有较高的准确度。随着电机内损耗的增大,温升也是一个重要问题,为了了解电机内的温度分部,防止局部过热,本文建立了基于热网络法永磁无刷直流电机的温升计算模型,并对电机进行了温升计算,计算结果和实际测量基本一致。 本文确立了永磁无刷直流电机的电磁计算方法,建立了优化设计的数学模型,编制了程序,用遗传算法成功地对高速永磁无刷直流电机的效率进行了优化,给出了优化算例,并做出样机,通过对优化前后的方案做出样机并进行比较实验,优化后测量损耗有了较大的减小。 对永磁无刷直流电机控制系统中的几个关键问题进行了研究:位置检测技术、三相逆变电路中的功率管压降和控制系统换相角问题,它们都对电机的性能有很大的影响。本文着重分析了霍尔位置传感器原理、选型及在电机中的安装应用;功率管压降对起动电流、功率的影响问题;控制系统提前或滞后换相对电机电流,输出性能的影响,提出适当提前换相有利于电机出力。 做出永磁无刷直流电机样机并进行实验研究,主要包括高速永磁无刷直流电机、内置式永磁无刷直流电机、高压永磁无刷直流电机的设计、性能分析、样机制作、实验分析等。建构了对样机进行发电机测试、电动机测试、损耗测量的实验平台,通过在测试时使用假转子的方法成功分离出了电机铁耗和机械损耗,实验测量结果和计算结果基本一致。 总之,通过对永磁无刷直流电机的磁路、电路及性能特性的分析研究,建立了一套永磁无刷直流电机的设计理论和分析方法,并通过样机的制造和实验,进一步的验证了这些理论和方法的准确性,这对永磁无刷直流电机的设计和应用有很好的参考价值。
上传时间: 2013-04-24
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