本课题为研究大功率永磁无刷直流电机及其驱动系统而设计了一台50kW 多相永磁无刷直流电机，该电机的设计最大限度地模拟了某大功率多相永磁无刷直流电机的基本结构，驱动系统也基本采用了某大功率永磁无刷直流电机的主电路结构。全文内容如下： 本文介绍了一种以晶闸管为主要功率元件的大功率永磁无刷直流电机驱动系统。本文通过对电机各运行的状态的分类分析，总结了这种驱动系统的触发逻辑控制规律，优化了逻辑控制程序，为永磁无刷直流电机驱动系统的仿真和实际系统的开发提供了依据。 本文通过对驱动系统换流过程的详细分析，总结了有关参数如电机电感、换相电容等对电机换流过程的影响程度、趋势和规律。给出了驱动系统主要参数选取的依据和选择方法，并通过样机进行了实验验证，为大功率永磁无刷直流电机驱动系统的主电路设计提供理论支持。为准确预测大功率永磁无刷直流电机驱动系统的运行性能，建立了永磁无刷直流电机的电路模型和S函数模型，并阐述了其在Matlab/Simulink 平台下的建模原理和实现方法。 本文提出的两种电机模型，相互补充，准确预知了永磁无刷电机驱动系统的运行特性，大大加速驱动系统研制过程。其中，电路模型具有仿真效率高，便于研究驱动系统主电路参数对系统性能的影响，从而对主电路参数进行优化；S 函数模型便于对电机内部细节进行分析，为揭示电机内部变量的变化规律提供了有力的手段。
上传时间： 2013-07-04
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高温超导（High Temperature Superconductor,HTS）磁阴电动机与传统磁阴电动机相比，能够以更小的体积和重量实现更大的输出功率、更高的功率因数和效率.国外有关超导磁阻电动机的研究目前还处于初级阶段，国内在这一领域更为滞后.论文以普通磁阻电动机的电磁关系为基础，结合超导材料特殊的电磁特性，初步提出了超导磁阻电动机电磁设计的一般原则;并尝试进行了一台额定功率为150W的内反应式HTS磁阻电动机的电磁设计.论文以实际设计的一台内反应式HTS磁阻电动机样机作为分析实例，基于第二类超导体临界态Kim模型和电磁场的有限元方法，提出了一般HTS磁阻电动机的内部磁场及交、直轴同步电抗的分析与计算方法.并在此基础上进一步研究了如何借助HTS磁阻电动机的电抗曲线分析HTS磁阻电动机的稳态工作特性.论文对常规磁阻电动机与HTS磁阻电动机进行了比较.计算结果表明，在电机尺寸、结构不变的前提下，超导磁阻电动机比常规磁阻电动机明显地提高了电机X/X值，因而以更小的尺寸获得了更大的输出转矩、更高的效率和功率因数，同时电机的稳定运行区间也有所增大.计算结果还表明，采用抗磁性更强的YBCO块材作为交轴阻磁介质，能够保证转子在获得较大的直、交轴磁阻差异的同时不必牺牲较大的极孤系数和气隙宽度，从而气隙磁密有较好的波形，电机具有较好的同步性能.论文也对几种具有相同定子但转子结构不同的HTS磁阻电动机做了比较，比较结果显示，ALA式HTS磁阻电动机比内反应式HTS磁阻电动机具有更大的输出转矩;当输出功率较大时，ALA结构的HTS磁阻电动机还比内反应结构具有更好的稳态工作特性.另外发现，thin-zebra ALA式HTS磁阻电动机的同步性能比thick-zebra ALA式HTS磁阻电动机更好.在进行内反应式HTS磁阻电动机的设计时，内反应槽既要尽量阻隔交轴磁通，又要分布的比较均匀，这样才能既获得足够的直、交轴同步电抗比，又削弱转矩脉动，从而最终改善电机的同步性能.
上传时间： 2013-04-24
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永磁同步电机(PMSM)是一种性能优越、应用前景广阔的电机。永磁同步电机调速系统是以永磁同步电机为控制对象，采用变压变频技术对电机进行调速的控制系统。因其具有能耗低、可靠性高、控制精确等优点，在许多领域得到广泛的应用。然而，转子无阻尼绕组的PMSM的采用变频技术开环运行时，系统不太稳定，电机效率有所下降，转子温升高，易造成钕铁硼永磁体退磁，危及电机安全运行，有时甚至还会出现失步现象，系统无法运行。PMSM控制系统稳定运行控制都是建立在闭环控制基础之上的，因此如何获取转子位置和速度信号是整个系统中相当重要的一个环节。当前，在大多数调速驱动系统中，最常用的方法是在转子轴上安装位置传感器。但这些传感器增加了系统的成本，降低了系统的可靠性和耐用性。因此，在一些特殊及控制精度要求不很高的场合，无传感器控制将会得到广泛的应用。它通过测量电动机的电流、电压等可测量的物理量，通过特定的观测器策略估算转子位置，提取永磁转子的位置和速度信息，完成闭环控制。本文以无位置传感器PMSM控制系统作为研究对象，介绍了永磁同步电机的结构及其数学模型，详细地阐述了空间矢量脉宽调制(SVPWM)技术的理论基础及其波形的产生机制，并对闭环控制策略进行了研究。鉴于数字信号处理器(DSP)TMS320LF2407控制芯片出色的性能和丰富的外设资源，使用该芯片设计了控制系统的硬件系统和软件系统，通过对整个控制系统的试验调试，实现了永磁同步电机的无位置传感器控制。 本文借助于MATLAB建立了永磁同步电机的仿真数学模型，并根据空间矢量脉宽调制的工作原理，构建了永磁同步电机调速控制系统的仿真模型。系统采用αβ定子静止坐标系下的数学模型，依据滑模变结构控制原理，对永磁电机的转子位置角θe和转速ωe进行实时在线估算，不断修正估算位置^θe，控制定子旋转磁场与转子磁场垂直并保持与转子同步旋转，实现电机的闭环调速运行。理论分析和仿真结果表明，所提出的永磁同步电机无传感器控制方法具有较强的鲁棒性和令人满意的性能。
上传时间： 2013-04-24
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无刷直流电机具有输出转矩大、调速性能好、运行可靠等一系列优点，具有广泛的应用前景，其传统的理论分析及设计方法已经比较成熟。它的进一步推广和应用，在很大程度上有赖于对其控制策略的研究。本文主要研究了无刷直流电机的速度控制问题。 无刷直流电机是一种多变量和非线性的控制系统，传统的控制方法很难满足对它的精确控制。近代模糊控制理论在无刷直流电机的控制中得到了广泛的应用，提高了控制系统的性能。但是，在模糊控制器控制规则优化和参数在线调整方面还存在着许多不足。针对这些问题，本文提出了一种使用遗传算法优化的模糊控制器，并且应用到无刷直流电机的控制中。系统采用双闭环控制，内环采用电流负反馈对电机转矩进行调节；外环应用模糊控制器进行速度控制，通过遗传算法离线优化模糊控制规则和在线调节模糊控制器的参数以提高系统的动态性能。同时本文使用Matlab和电机仿真软件VisSim对无刷直流电机的速度控制进行了软件仿真。 数字信号处理器(DSP)是一种高速的信号处理芯片，近几年在电机控制领域得到了广泛的应用。本文以TI公司的TMS320LF2407控制器为基础，介绍了DSP在无刷直流电机控制中常用的应用技术。同时为了降低系统开发设计的复杂性，提高控制系统的可靠性以及软件开发的快速性，本文将嵌入式操作系统移植到DSP中，并在该操作平台上开发出高效的控制算法。 实验结果表明，通过遗传算法优化的模糊控制器对无刷直流电机模型的不确定性和负载变化具有较强的适应性和鲁棒性，而且控制系统具有较好的动态性能。
上传时间： 2013-06-12
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永磁同步电机(PMSM)是一种性能优越、应用领域广阔的电机，其传统的理论分析与设计方法已比较成熟。它的进一步推广应用，在很大程度上有赖于对控制策略的研究。实践中，使用通用变压变频(VVVF)变频器来驱动没有阻尼绕组的永磁同步电动机开环运行时，有时电机的运行频率超过某一频率，系统就会变得不稳定，甚至导致系统失步。本文研究了无位置传感器的永磁同步电机的速度控制问题。 论文提出了一种将推广卡尔曼滤波(EKF)原理应用于永磁同步电机无位置传感器调速系统的方法。对永磁同步电机的数学模型和卡尔曼滤波原理作了详细的分析，在dq转子同步坐标系中应用推广卡尔曼滤波算法，对永磁同步电机的转角和转速进行实时在线估计。所选取的滤波算法只需测量电流和逆变器直流母线电压，具有不改造电机、可靠性高和经济耐用的优点。利用在线估计出的转速和电流实现转速电流双闭环的永磁同步电机矢量控制。同时还提出了基于磁饱和原理的永磁转子初始位置的检测方法。针对转子磁场定向方式及矢量控制方案，采用了空间矢量脉宽调制方法对系统进行控制，此方法可以输出任意给定位置的电压矢量，在不增加功率管开关频率和不增加系统复杂性的前提下，明显提高电机的调速性能。 在Matlab6.5环境下进行的系统仿真实验表明，所提出的位置估计算法和控制方法具有优良的转角跟踪特性和速度控制性能，同时系统具有较强的抗负载扰动性能和较好的鲁棒性。实验结果表明本文的方法达到了预期的效果。
上传时间： 2013-04-24
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盘式永磁同步电动机是一种性能优越、但结构特殊的电动机。作为一种理想的驱动装置，其应用范围遍及航天、国防、工农业生产和日常生活的各个领域。本文利用稀土永磁材料钕铁硼的高矫顽力，提出了一种省却了铁心的双转子、单定子结构盘式无铁心永磁同步电机，进一步减轻了电机的质量并消除转矩脉动。 对电机的设计、性能预测都离不开电机电磁场的计算。不同于传统的圆柱式径向磁通电机，盘式无铁心电机是轴向磁通电机，外加其无铁心的结构，决定了该电机的磁场呈三维、开域分布。对它的电磁场分析，不能采用对待径向磁通电机的化为二维磁场的分析方法。 本文研究的重点内容分为两部分：(1)在盘式无铁心永磁同步电机的结构上，建立其磁场三维模型，由三维有限元法计算三维电磁场，分析计算结果，并总结出盘式无铁心永磁同步电机的磁场分布规律。 (2)在磁场计算的基础上，将Halbach型永磁体阵列的理论应用到磁钢设计中来，提出磁钢结构优化方案，研究出适合于盘式无铁心永磁同步电机的磁钢结构，以获得理想的磁场波形和磁密值。 本文首先从磁路计算的方法入手，通过磁路计算分析出盘式无铁心永磁同步电机的磁场分布特点。其后直接运用三维有限元法求解该电机的电磁场，分析计算结果。为了获得低漏磁、高气隙磁密值、正弦形的气隙磁场分布，本文先后提出普通轴向充磁磁钢结构、不等厚轴向充磁磁钢结构并将Halbach阵列的理论应用到盘式无铁心永磁同步电机的磁刚结构优化中，讨论了三种不同角度的Halbach型永磁体阵列。最后为了简化磁钢的加工工艺，将不等厚永磁体阵列与Halbach永磁体阵列相结合，提出了最经济、有效的改进型Halbach永磁体阵列，给出具体磁钢尺寸，并运用ANSYS软件对各种磁钢结构产生的磁场进行结果仿真。
上传时间： 2013-06-23
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稀土永磁直流无刷电动机实际上是以电子换向代替机械换向的直流电动机,因而保持了直流电动机的优良性能,具有较好的起动和调速性能,又因它无需机械换向使电机的结构简单,可以根本上克服一般有刷电动机易于产生换向火花的弊病,在航天、机器人、数控机床等许多工业领域已得到广泛的应用.本文从稀土永磁无刷直流电动机的基本工作原理出发,分析了稀土永磁无刷电动机同普通无刷直流电动机的区别;阐述了稀土永磁电动机设计原理,并给出设计方法,然后运用实例来说明.在此基础上介绍遗传算法的特点,用遗传算法对稀土永磁电动机进行优化设计,达到预期的结果.最后,讨论了电机的结构参数对电机性能的影响.通过对稀土永磁直流无刷电动机的设计,分析在具体设计时所要解决一些疑难问题,对其特点进行总结.用遗传算法优化后,得出一些有用的结论.
上传时间： 2013-04-24
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数控冲床送料系统主要用于与冲床实现配套，在冲孔过程中按照程序设定控制板料移动和冲床冲孔，实现冲孔的高度自动化。自动送料机构作为冲压加工生产实现自动化的最基本的要求，它的自动化程度高低，直接影响着冲压生产效率以及冲压生产整体自动化水平，只有其自动化程度与冲压设备相匹配甚至高于冲压设备，才能够实现冲压生产的完全自动化。 嵌入式系统是继IT网络技术之后，又一个新的发展方向，由于嵌入式系统自身的优点，现在已经广泛应用到军事国防、消费电子、工业控制等各个领域。随着电子、计算机、自动控制以及精密机械与测试技术的不断提高和发展，自动送料装置也在随着数控机床的发展而在迅速发展和演变。而随着嵌入式微处理器的发展，嵌入式系统也开始运用到数控冲床自动送料系统中来。 本文采用目前广泛使用的32位ARM微处理器，Samsung公司基于ARM920T的S3C2440A作为系统的主控制器，该处理器主要面向嵌入式设备，具有性价比高、功耗低的特点，并且在嵌入式Linux操作系统下可移植性好，具有较强的控制能力和丰富的片内资源。该系统能实现数控冲床的自动送料，软硬件结构简单，定位精度高，操作简单方便，具有良好的人机界面。论文首先根据生产实际要求和控制系统设计原则，确定了送料系统的软硬件总体设计方案。硬件方面，在S3C2440A的基础上扩展了NANDFlash、NORFlash、SDRAM、LCD触摸屏模块，并设计了X、Y轴电机及其驱动电路。软件方面，选用Linux操作系统，在此基础上构建了嵌入式Linux开发环境，实现了Bootloader、Linux内核、YAFFS根文件系统的移植，选用Qt/Embeded设计系统的操作界面，给出了系统各个模块的程序设计，包括人机界面、速度预处理、插补模块和电机控制部分，文章对系统的软硬件的抗干扰技术也专门做了介绍。随后，文章还介绍了积分分离的PID控制算法，并通过使用matlab对电机控制进行仿真，验证了该算法的可行性。 文章在最后对整个设计进行了总结和展望，指出了系统存在的问题和一些可以改进的地方。
上传时间： 2013-06-28
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自动售货机作为自助服务领域中的一员，为国内外该领域厂商所研究，并且得到了广泛的应用。为了适应客户的需求，需要开发一套功能更加完善、扩展性能更强的自动售货机控制器。 本文以国内自动售货机制造商--湖南金码智能设备制造有限公司在自动售货机控制器的研究现状为背景，分析了公司现有控制器的不足，并制定出基于ARM7与嵌入式实时操作系统μC/OS-Ⅱ的自动售货机控制器的设计方案。 系统硬件完成了控制器外围各模块的接口电路图设计，分析了自动售货机控制器的组成；实现了电源模块、MDB外设驱动模块、电机驱动模块、键盘与显示模块以及数据存储模块的开发，并对各模块的原理与电气特性进行了详细的说明。 软件上，将μC/OS-Ⅱ成功移植了至ARM7体系结构；针对售货机本身是一个自反应、事件驱动的系统，使用有限状态机来管理系统状态以及状态转换，并高效地实现了更适用于复杂系统的层次型有限状态机；在μC/OS-Ⅱ与层次有限状态机的新软件框架支持下，编写了键盘与显示模块、MDB设备、数据存储设备等的驱动程序和系统应用程序。 最后，调试与试验表明基于ARM的控制器满足售货机基本要求，并且本课题的设计方案对较复杂的嵌入式系统的研究有一定的借鉴意义和应用价值。
上传时间： 2013-05-31
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智能绣花机是当代最先进的绣花机械，广泛应用于刺绣行业，国产绣花机着重于中低端产品的开发，而随着电子、计算机技术的快速发展，用户对高性能绣花机的需求日益增大。本文在详细分析智能绣花机工作原理的基础上，结合智能绣花机的功能需求与当前嵌入式领域的最新技术，设计了一种基于ARM和DSP为处理器的控制系统解决方案，主要研究工作和成果如下： (1)制定了系统总体方案和具体实验方案，设计了信息处理和机电控制分离的结构。 (2)研制了基于S3C2410X为核心的主控制模块，设计了用于外围扩展的FLASH、SDRAM、USB数据存储、以太网通信、UART接口、LCD触摸屏显示器等硬件电路。 (3)研制了基于TMS320LF2407A为核心的机电控制模块，设计了绣框电机和主轴电机等硬件控制模块。 (4)设计了基于CY7C027的双口RAM通信模块，实现ARM和DSP之间的高速数据通信。 (5)采用虚拟机技术建立了ARM的Linux交叉编译环境和DSP的CCS共存的系统开发环境，节约了使用资源。 (6)研究了DST绣花花样文件存储格式以及解码方法，采用MiniGUI编程实现了一个友好的图形用户界面，简要介绍SVPWM技术的DSP实现。
上传时间： 2013-06-24
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