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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本文对永磁无刷直流电机恒功率弱磁研究进行了较为全面的从仿真到实验、从理论到实践的深入研究,同时对传统面贴式永磁无刷直流电机和复合转子结构的永磁无刷直流电机进行了详尽地理论分析,系统地提出了关于复合转子结构永磁无刷直流电机一套较为完善的理论.本文首先从BLDCM的导通规律和绕组结构入手,真实模拟了传统面贴式永磁无刷直流电机弱磁调速的物理过程,并获得其在恒转矩和恒功率模式下的解析表达式.从而直观的反映了BLDCM的弱磁机理,获得了影响其恒功率速度范围的关键参数.借鉴复合转子结构在永磁同步电机恒功率弱磁中的成功运用,将这种结构引入永磁无刷直流电机中,并完成了两台不同磁阻形式和功率、电压等级的原型样机的研制.针对原有d、q轴法的局限性,提出了真实模拟永磁无刷直流电机导电方式的场路结合法实现对永磁无刷直流电机的弱磁分析.在场路结合法分析的基础上,提出了磁阻段提高恒功率速度范围的真实原因,并进一步提出了采用永磁段、磁阻段双d轴错角以扩大转速范围的新思想,并在实践中验证了这种双轴空间错角技术的有效性.从而为复合转子结构永磁电机运行性能优化提供了新的可供选择的调节手段.
上传时间： 2013-08-02
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本文对超声波电机驱动控制系统进行了研究。全文主要内容如下：系统介绍了超声波电机的特点、研究历史和主要应用，概述了超声波电机驱动控制技术的研究现状。在介绍压电陶瓷逆压电效应与压电振子谐振特性的基础上，阐述了超声波电机的运行机理及调速原理。介绍了环状行波型超声波电机的基本结构及工作原理。研制了基于DSP的超声波电机驱动控制系统，为超声波电机控制技术的研究提供了一个通用实验平台。通过光电编码器检测超声波电机的速度，研制了利用速度反馈来进行频率调整的频率跟踪控制器，实现了采用频率P调节的超声波电机速度稳定性控制。实现了大外径(80mm)环状行波型超声波电机的高精度位置检测。研制了基于DSP的超声波电机位置控制系统，完成了采用相位差P控制方案进行精密定位控制的实验研究。
上传时间： 2013-05-21
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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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传统的电梯门机采用的是直流或交流旋转电机来实现。前者调速性能好，但由于存在换向器、电磁火花和干扰，可靠性差；后者虽然电机结构相对简单，但控制复杂，性能差。两者都需要通过一些复杂的传动机构将电机旋转运动转换为直线运动以实现电梯门的开/关。 本文设计了一种采用扁平型直线感应电机驱动的电梯门机及其微机控制系统，提出了一种适用于该系统的恒压调频(CVVF)控制方式并设计了开/关门运行曲线；另外，通过Maxwell2D有限元软件分析了电机的磁场和起动推力特性。论文中给出了样机的实验结果，其性能已达到预定的要求。
上传时间： 2013-06-15
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永磁无刷直流电动机利用转子上的永磁体激磁，采用电子换相取代机械换相，结构简单、体积小、效率高，在许多领域得到了广泛应用。但是，由于永磁无刷直流电动机本身存在较大的转矩脉动，从而使电机运行性能存在缺陷，限制了它在精密传动系统中的应用。本文在开发完成永磁无刷直流电动机控制系统的基础上，针对如何减小和抑制自控式永磁电动机转矩脉动这一问题，提出了一种混合控制策略：利用原有的六个离散位置信号，在三三导通控制策略的基础上，融入矢量控制策略，使得电机在运行过程中定子的基波磁势与转子磁势尽量保持在90°左右，来实现近似正弦波电流驱动，可以在不增加系统成本的基础上，较好地抑制电磁转矩脉动，并通过实验验证其正确性，其主要内容如下： 第二章主要阐述了永磁无刷直流电动机的运行原理，给出了电机的数学模型，在此基础上，利用Matlab/Simulink软件建立了电机及控制系统的仿真模型，并给出了仿真和实验波形。 第三章介绍基于TI公司TMS320F240PQA芯片的永磁直流无刷电机控制器的设计，并对系统主电路、驱动模块、电流检测、过压保护等电路作了详细的介绍，对设计中容易出现的问题进行分析，搭建了整个系统的硬件平台。 第四章介绍了常规的矢量控制技术，提出了一种混合控制策略的新方法：利用霍尔位置传感器的六个位置信号，使得电机在运行过程中定子的基波磁势与转子磁势尽量保持在90°左右，从而达到控制器简单、转矩脉动降低的目的。并分析了这种控制策略在匀速、加减速情况下的运行性能。 第五章在前几章分析的基础上，完整给出了混合控制策略的软件编程方法，并按照模块化的思想，把软件分成多个独立模块，并重点介绍了系统启动、转速计算、转子位置计算、sinθ和cosθ的计算、PWM输出等几个部分，并给出实验波形验证其可行性。
上传时间： 2013-05-30
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以“混合式步进电动机驱动控制系统设计”和“电动座椅控制系统设计”作为实际应用背景，分析了两种不同种类电动机的原理特性和控制方法，阐述了这两个系统的开发过程，研究了单片机在这两个系统中的应用，进一步挖掘了单片机在电机运动控制领域中的应用潜力。 文中分两个部分分别对这两个系统进行了介绍。在混合式步进电动机驱动控制系统部分，介绍了步进电动机的运行特性和控制方法，建立了仿真模型并对步进电动机各主要的运行特性进行了仿真研究，着重叙述了步进电动机多步距角控制、斩波恒流控制和升降频控制等控制功能，以及上位机控制软件的实现过程。电动座椅控制系统部分，首先阐述了无刷直流电动机的运行特性，建立了仿真模型并对先进PID控制方法在无刷直流电动机中的应用进行了仿真研究，着重阐述了位置记忆功能的实现过程。 实验结果表明，系统硬件和软件设计合理可行，圆满的完成了既定的开发任务，实现了所有的预定功能，且运行性能良好。混合式步进电动机驱动控制系统可以通过上位机和控制面板分别控制，可以驱动不同种类的步进电动机且具备多种控制功能。电动座椅控制系统将无刷直流电动机应用到了电动座椅领域，且实现了电动座椅的智能化。这些也正是本文的创新之处。另外，结构化的硬件设计方法及模块化的软件设计法使得系统具有较好的通用性和可扩展性。
上传时间： 2013-05-26
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感应电机双馈调速系统是一种性能优越的电力拖动控制系统，它不仅降低了功率变换器的额定功率，而且能够通过调节转子电压的幅值、相位和频率来实现电机定子侧功率因数的调节。由于系统控制方法的灵活性和多样性，使得双馈电机在工业传动领域、风力发电以及抽水蓄能电站中拥有广阔的应用前景。 本文主要对双馈电机矢量控制系统进行了相关研究。首先，比较双馈调速系统和传统的异步电机变频调速系统的异同点，阐述了双馈电机的工作原理，各种不同的磁场定向控制方式，并分析了它的稳态特性；接着，利用双馈调速系统控制方法灵活多样的特点，构建了一套交直交变换器励磁的矢量调速系统，系统模型建立在以转子磁链定向了同步旋转的坐标轴系中，可以实现双馈电机转速与无功功率的解耦控制，同时，控制交直交变换器能量的双向流动，双馈电机可以在超同步、亚同步方式下运行，通过计算机仿真，验证了这种控制方式的可行性和正确性；随后，阐述了双馈电机的功角特性，通过功角特性分析了电机的静态稳定性，并建立了双馈电机的开环电压控制、开环电流控制以及矢量控制的小信号模型，对上述几种控制方式下的双馈电机暂态稳定性进行了深入研究；最后，综合上述讨论结果，设计了双馈电机的控制系统硬件部分，并给出了部分软件设计流程。
上传时间： 2013-07-25
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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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