随着工业自动化的发展,人们对电机控制系统的性能要求越来越高。矢量控制、直接转矩控制等先进的控制理论不断提出,而微处理器和控制器的更新换代特别是数字信号处理(DSP)的出现,使得理论成为实践。智能化功率模块和空间矢量脉宽调制(SVPWM)技术的出现,极大的改善了电机的控制性能。本论文重点讲述了以功能强大的DSP、智能化的功率模块和先进的SVPWM技术实现永磁无刷直流电机的开环调速。介绍了基于DSP的硬件控制平台的组成部分。重点分析了SVPWM技术原理、产生PWM波的控制算法和程序的实现,最后在DSP控制平台上对其控制性能进行了验证。本论文所有的硬件电路设计和程序编写基于TMS320F2806建立的数字控制系统。硬件电路中的电源电路,单片DSP最小系统电路等主要部分都是经过实际的焊制和调试。软件设计中的SVPWM程序主要采用C语言套用格式,使用CCS(C2000)编译环境下在DSP控制平台上进行了实际调试和验证。关键词:数字信号处理器;空间矢量PWM;逆变器
上传时间: 2022-07-01
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摘要:近年来,随着能源的危机及人们对环境污染的重视,采用新型洁净的电动汽车代替传统以汽油为源动力的汽车已经成为当前各大汽车公司和科研院所研究的热点。永磁同步电机以其结构简单、方便及易于实现等特点,成为目前电动汽车重要的动力驱动设备。本文提出一种基千滑模理论的电动汽车用永磁同步电机速度控制策略 ,利用Matlab/Simulink软件将滑模控制与PI 控制进行对比,验证了滑模控制具有更强的鲁棒性,为电动汽车驱动系统设计高鲁棒性的控制器提供一定的理论基础。
标签: matlab 电动汽车 永磁同步电机控制系统
上传时间: 2022-07-09
上传用户:XuVshu
摘要:针对无刷直流电机的转矩脉动,采用电流滞环控制来抑制脉动;在Matlab/Simulink环境下,基于直流无刷电机的数学模型、转速和电流双闭环控制策略来建立无刷直流电机电流滞环控制系统的各个独立模块如BLDC本体模块、速度控制模块、电流滞环模块、逆变电路模块、脉冲信号模块等,再进行各功能模块的连接,搭建无刷直流电机的控制系统仿真模型,并在给定参数下进行仿真分析。
上传时间: 2022-07-11
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直流无刷电动机是在有刷直流电动机的基础上发展起来的。目前为止,虽然在传动应用领域当中占据主导的地位是各种交流电动机以及直流电动机,但是直流无刷电动机正在迅猛发展,日益受到人们广泛的关注。BLDC电机具有直流电机方便调速的优点,但它没有机械换向的种种问题,同时扩大了调速的范围。此外还有很多有优点,比如噪音比较低,效率高以及转矩波动较小,具有重要的研究意义。本文在学习Proteus 仿真软件的基础上,利用dsPIC33FJ12MC202单片机进行了直流无刷电机的控制研究,实现了仿真的硬件电路及单片机程序的仿真。通过MPLAB软件对代码进行编写和调试,并且结合Proteus软件的硬件仿真。最终得到实验结果。以此为基础,通过程序实现了开环控制、PID控制、门限值控制等不同方案的设计;通过进行这些比较,得出开环控制难以获得较好的控制效果,而PID控制与门限值控制相比PID控制的灵活性及控制精度更高。
上传时间: 2022-07-21
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本课题就是从研究永磁电机的设计着手,最大程度的改进电动机本体的性能,设计出符合伺服驱动要求的永磁同步电动机,然后针对设计出来的具体电机开发相应的驱动控制电路以及相关的控制软件,使电动机、驱动控制电路和控制软件三者相互配合,从整体上提高整个伺服控制系统的性能。 论文首先介绍永磁电机的发展前景和基本结构;接着具体论述如何使用Visual Basic 6.0和ANSYS有限元分析软件进行永磁同步电动机设计,为电机设计引入一种较新的方法,使电机许多性能参数得到进一步较为精确的量化,设计者可据此对电机性能进行更可靠的评估,从而为电机性能结构的改进提供了基础、指明了方向;然后,论文着重研究如何使用DSP实现对永磁同步电动机的伺服控制,控制部分从电机矢量控制理论入手,引入一套全新的电机转子初始位置确定理论和算法,还涉及到正弦波脉宽调制和电压空间矢量调制理论,系统的速度位置环采用滑模变结构控制方法,这些在论文中都做了详细地论述,从软件和硬件两个角度分别具体阐述了整个伺服控制系统的实现过程。最后整个控制系统实现与PC机上的VB程序进行串行通讯,使用者可通过PC机提供的控制界面程序方便的监控伺服系统的运行状况,同时文中还实现了对整个控制系统的Matlab建模及其仿真。
上传时间: 2013-04-24
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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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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
上传用户:时代将军
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
上传用户:Wwill
由于直流调速的局限性和交流调速的优越性,以及计算机技术和电力电子器件的不断发展,异步电动机变频调速技术正在快速发展之中。在现代微机技术的快速发展下,计算机运行速度不断提高,指令的执行速度也达到了前所未有的高度,使得复杂算法应用计算机来进行实时运算、执行成为可能。经过最近十几年的应用开发,交流异步电动机的变频调速性能已经优于直流调速系统。 目前广泛研究应用的异步电动机调速技术有恒压频比控制方式、矢量控制、直接转矩控制等。本论文中所讨论的是异步电动机矢量控制调速方法,相对于恒压频比控制和直接转矩控制,它有动态性能和低速性能好、调速范围宽等优点。 本文对异步电动机的数学模型的建立进行了详细的分析和阐述。通过对异步电动机的动态电磁关系的分析以及坐标变换原理概念的介绍,建立了异步电动机在不同坐标系上的数学模型,指出了异步电动机的模型特点是一多变量、强藕合的非线性系统。 在对异步电动机的矢量控制原理进行阐述时,给出了矢量变换方法实现的步骤,并依次说明了三相异步电动机数学模型是如何解耦的。在论述了二相异步电功机的磁场定向原理后,介绍了转子磁链的计算方法并设计了转子磁链观测器。 详细地分析了磁通调节器,转矩调节器和转速调节器的工作原理,并设计了磁通调节器,转矩调节器,转速调节器。以DSP为控制核心,设计了异步电动机的矢量控制系统的硬件,并编制了软件程序。 运用MATLAB的工具软件SIMULINK对磁通闭环的矢量控制系统进行仿真,给出了仿真结果,并对仿真结果进行了分析。
上传时间: 2013-04-24
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风机的耗电量占全国总发电量的40﹪左右,是全国耗电最大的工业装备,而且运行效率比国外低10﹪~30﹪。因此在风机(及水泵)上实行节能、节电、降耗是一个紧迫的任务,对缓解我国电能的供需矛盾、推进我国现代化建设、缩小我国和发达国家的差距具有非常现实和深远的意义。 小型风机(1~10千瓦)特点是:单台的耗电量很小,但是数量巨大,因此降低这些小型风机的耗电量同样具有十分深远的经济意义。但在这一领域的节能研究一直未能得到充分重视。 本论文提出一种用于驱动小功率风机的永磁无刷直流电机,通过调速调节风量从而达到节能的目的。永磁无刷直流电机是近年随着电力电子技术和永磁材料的进步而迅速发展起来的一种新型电机。它用一套电子换向装置代替了有刷直流电动机的机械换向装置,即克服了有刷直流电动机机械换向带来的一系列缺点,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等诸多特点,因此在各个领域中得到了广泛应用。 本论文从永磁材料、磁体结构、充磁方式、绕组分布、极弧系数等方面分析了风机外转子永磁无刷直流电机的设计要求,给出永磁无刷直流电机结构、原理及一般设计要求;根据风机电机的驱动要求,设计制造外转子风机用铁氧体永磁无刷直流电机样机;针对风机用电机驱动系统的调速及各种保护要求,基于降低成本的原则,设计制造永磁无刷直流电机的驱动系统。这一设计为基于专用集成芯片的小功率无刷直流电机的调速控制系统,并进行了试制、调试及试验。实验表明了系统具有简单和优越的控制性能,适于小功率无刷直流电机的控制。 样机实测数据表明外转子永磁无刷直流电机用于驱动小功率风机具有良好的性能、较低的成本,具有进行产业化生产的优势。
上传时间: 2013-04-24
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