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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为了减小异步电机在起动过程中过高电流对电网的冲击,消除传统降压起动对电器和机械设备的不利影响,提高电机的起动特性,本文基于电力电子技术对异步电机的软起动进行了较为深刻的研究。 本文介绍并设计了一种基于PIC18F4550的新型的软起动器。在功能上,除了具有一般的电压斜坡软起动和电流限流软起动功能,还增加了专门针对泵类负载的转矩闭环泵控软起动模式。这种起动方式有效的降低了水泵起动和停止时造成的水锤,并减轻了管路系统的振荡。同时,针对异步电动机软起动过程中出现的电流、电磁转矩以及转速振荡问题,分析了引起振荡的影响因素及其产生原因,采用以电流关断时刻为晶闸管触发基准来抑制振荡问题。 文章首先分析研究了异步电机的基本结构和工作原理,确定了软起动器所采用的基本原理和控制方法。分析得出为改善泵类负载起动性能所采用的转矩闭环泵控制策略以及为减小振荡所采用的关断角控制方法的可行性。 其次,本课题对传统的软起动器的改进进行了尝试。采用Microchip公司的PIC18F4550芯片为控制核心。在此基础上,详细介绍了交流采样电路、同步触发电路以及通迅接口电路等硬件电路。软件方面采用C语言和汇编语言混合编程实现模块化程序的设计,在文中较为详细地介绍了控制系统各部分软件的设计思想和实现,其中包括主程序流程、各种起动方式的控制程序等。 在文章最后给出了基于MATLAB搭建的软起动系统的仿真模型,仿真结果表明这种带泵控制功能的软起动器可以有效的减小电机起动过程中过高电流对电网的冲击,优化了电机的起动性能。
上传时间: 2013-06-13
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本文以异步电机参数离线自整定及参数在线辨识为对象,从理论分析,算法提出,仿真证明和实验验证四部分进行了深入研究。 异步电机参数离线自整定及参数在线辨识技术的研究,为异步电机控制性能的不断提高提供了保障,以使更好,更精确的控制方式能够应用到工程实际中去。 由于在工程中使用的电机和变频器不一定能够匹配,而需要在电机运行之前由专业的工程师对变频器作重新设置,此过程复杂,耽误时间而且需要专业人员操作。 本文提出一套异步电机参数离线自整定算法,使用C语言编程,并在一台2.2KW电机的硬件实验平台上验证了该算法,实现了电机在运行之前,变频器自动测试出电机的基本参数,为矢量控制等控制方式提供所需要的电机参数。 电机在运行过程中,由于温度等因素的影响,电机的参数会发生变化,影响电机运行的稳定性,所以要对电机参数做在线辨识。本文对异步电机参数在线辨识作了理论分析和方法总结,为下一步工作打下基础。 算法的实现需要相应的硬件实验平台,本文对硬件实验平台作了详细介绍,包括主电路的设计、IGBT的驱动保护电路设计、DSP数字控制器的设计。 本文还对文中提出的实验方法作了MATLAB/Simulink仿真,验证了该方法的可行性,对实验有指导意义。
上传时间: 2013-04-24
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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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直接转矩控制技术在电力机车牵引、汽车工业以及家用电器等工业控制领域得到了广泛的应用。在运动控制系统中,直接转矩控制作为一种新型的交流调速技术,其控制思想新颖、控制结构简单、控制手段直接、转矩响应迅速,正在运动控制领域中发挥着巨大的作用。虽然直接转矩控制的优势是矢量控制所不能实现的,但是直接转矩控制依然存在一系列不能忽视的问题。直接转矩控制采用两点式转矩和磁链滞环控制器,使转矩和磁链被控制在给定值的一定范围以内,这种控制方法不可避免地带来电机输出转矩脉动过大和逆变器开关频率不恒定等问题。直接转矩控制采用定子磁链定向,只用便于测量的定子电阻来估计定子磁链,这样在低速运行时会带来磁链估计的误差。虽然在全速范围内估计定子磁链运用低速时采用的电流-转速模型和高速时采用的电压-电流模型的合成模型,即电压-转速模型,然而两种模型的平滑切换又是一个新的问题。直接转矩控制在基频以下调速的理论和应用已经实现,在基频以上的弱磁调速范围内的理论和应用还需要进一步的研究。 为了解决这些问题,本文针对异步电动机在两相静止坐标系下的数学模型,对传统直接转矩控制系统和两种改进的直接转矩控制系统进行了研究。在传统直接转矩控制系统中,详细讨论了定子磁链估计的三种基本模型,设计了定子磁链估计的加权模型,使电机在全速运行的范围内都能够得到准确的定子磁链。针对转矩脉动过大和逆变器开关频率不恒定的问题,本文设计了两种改进的直接转矩控制系统。在基于占空比控制的直接转矩控制系统中,通过对一个采样周期内非零电压矢量作用时间占采样周期的占空比的优化,解决了转矩脉动过大的问题;在一个采样周期内,从非零电压矢量到零电压矢量的转换只有一次,实现了开关频率的恒定。在基于滑模变结构的直接转矩控制系统中,本文设计了转矩和磁链滑模变结构控制器代替传统直接转矩控制系统中的转矩和磁链滞环控制器;运用空间矢量脉宽调制技术,实现了开关频率的恒定。本文把传统直接转矩控制系统和两种改进的直接转矩控制系统扩展到基频以上的弱磁范围内的异步电动机调速系统中,对其进行了相关研究。 为了验证上述各种控制系统的正确性和有效性,本文采用Matlab/Simulink仿真软件对其进行了仿真验证。针对传统直接转矩控制系统,对定子磁链估计的加权模型进行了仿真验证。仿真结果表明所设计的定子磁链的加权模型能够在电机运行的全速范围内准确地估计定子磁链。针对基于占空比控制的直接转矩控制系统和基于滑模变结构的直接转矩控制系统,本文分别对负载转矩有扰动和无扰动、给定转速为恒定值和不为恒定值四种情况进行了仿真验证,并分别和传统直接转矩控制系统的仿真结果进行了对比。仿真结果表明,两种改进的直接转矩控制系统均能有效的减小转矩脉动和转速的稳态误差。针对电机运行在基频以上的弱磁调速情形,本文运用三种不同的直接转矩控制方法分别进行了仿真验证。仿真结果表明,两种改进的直接转矩控制系统在弱磁调速范围内依然优于传统直接转矩控制系统,依然能够减小转矩脉动和转速的稳态误差。
上传时间: 2013-04-24
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贵州电解铝厂供电四车间厂房内变压器、整流柜、电容等设备种类繁多,同系列设备安放距离跨度较大.这些电力电子器件长期运行导致系统内部某些连接点绝缘介质老化,甚至脱落.这种现象单凭肉眼很难观察,该厂对此问题的解决方法为:技术工人携带小型红外探测仪定期采集上述器件的某些连接点,从红外图像数据得出温度数据以此判断器件工作是否处于良好状态.由于人为因素,工人不一定能全部获取所有连接点数据.可见,此方法费时费力,还存在隐患. 针对现行探测方法存在的弊端,依托"中铝贵州分公司电解铝厂整流所安全运行监控系统开发"项目,利用一台直线行走的智能小车停靠在已选择的定位点处监测车间的电器设备,因此这就涉及到了监控小车的精准定位问题.本文以卞位机智能监控小车为研究对象,采用模糊PID控制技术对PLC发出的脉冲频率进行自动调节,依据脉冲频率误差E和误差变化率EC的变化对PID控制的参数进行自整定,实现对小车速度的模糊控制,从而实现了小车的精准定位,为上位机的监控工作做好了准备. 论文第一章介绍了电解铝厂供电车间的供电情况,分析了小车定位精准的重要性,介绍了本文的研究内容.第二章对小车主要结构的硬件设计作了介绍.第三章论述了小车的运动控制,从分析步进电机的矩频特性和数学模型入手,介绍了小车的启停控制和运动中的测速.第四章论述了小车的精准定位方法,介绍了模糊PID控制器设计,重点介绍了模糊PID控制算法的程序设计.第五章列举了实际运行调试中出现的几种问题,介绍了相应的控制方法加以克服.第六章对论文进行了总结.
上传时间: 2013-04-24
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异步电机无速度传感器矢量控制技术提高了交流传动系统的可靠性,降低了系统的实现成本。准确辨识电机转速是实现无速度传感器矢量控制的关键。 本文对无速度传感器矢量控制系统进行了研究,建立了异步电动机无速度传感器电压解耦矢量控制系统和基于模型参考自适应(MRAS)的无速度传感器矢量控制系统。基于MRAS的无速度传感器矢量控制系统利用电动机定子电压方程和电流方程得到电动机转速的模型参考自适应辨识算法,在此基础上建立了一个改进的变参数MRAS速度辨识数学模型,并利用Matlab软件对基于该速度辨识模型的无速度传感器异步电动机矢量控制系统在不同的情况下进行了详细的仿真研究。仿真结果验证了该改进的变参数MRAS速度辨识模型具有令人满意的辨识精度和动态性能。 基于MRAS的转速估算理论从本质上来说属于基于电机理想模型的转速估算方案,该方法依赖于电机参数,而电机参数在电机运动过程中变化很大,因而给出了对电机的一些定、转子参数进行实时辨识方法,以保持系统的动、静态性能。 在传统型模型参考自适应系统基础上,将系统中原有的自适应调节机构用一个具有在线学习能力的人工神经网络取代,提出一种基于神经网络的异步电机转速估计方法,并给出了速度估计器的神经网络结构和学习算法。最后对基于神经网络转速估计的异步电机矢量控制系统进行了仿真,结果表明该系统具有良好的性能。 简单介绍了基于DSP的异步电机无速度传感器矢量控制系统的硬件结构以及软件系统的设计。
上传时间: 2013-05-30
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高频开关电源系统具有体积小、重量轻、高效节能、输出纹波小等优点,现已开始逐步成为现代电源系统的主流。但是在传统的开关电源技术中,它通常是采用模拟电路来实现电压或电流控制的。近年来,随着数字信号处理技术的日益完善、成熟,微处理器/微控制器和数字信号处理器性价比的不断提高,数字控制在以实现复杂的控制策略,采用数字控制具有更高的稳定性、可靠性和灵活性,并本文对开关电源的常用拓扑结构、模糊控制、模糊PID控制理论、PWM产生原理进行了研究,在此基础上设计了一种新型数字化的开关电源系统。该系统以TMS320LF2407为控制核心,利用模糊PID控制,建立电压环单环控制结构,直接生成数字PWM波形,经过IR2118驱动主电路的功率开关管(MOSFET)。 本系统采用模糊PID控制策略。该控制策略既能发挥模糊控制的动态响应快、超调量小、较好的适应性的特点,又能发挥PID控制的稳态精度高的优点,能较好的适应开关电源的非线性,实时性控制的需要。整个电源系统以DSP为控制核心,用单个TMS320LF2407 DSP芯片来集中实现电源输出调压和过压过流保护等要灵活地选择不同的控制功能。 另外,本文按照高频开关电源的设计步骤,采用基于DSP的数字控制方式,最后对本开关电源主电路进行了PID控制和模糊PID控制的对比仿真研究。仿真结果表明这种控制策略具有很好的控制性能,算法实现比较简单,同时控制模块设计简单,可靠性高,是一种比较实用、易于实现的控制算法。
上传时间: 2013-07-01
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跑步运动是人们喜爱的运动方式之一,借助电动跑步机进行跑步运动简单方便,已成为新的运动时尚。电动跑步机已经成为一种大众健身器材,市场前景极为广阔。 目前电动跑步机大多采用有刷直流电动机或交流变频电机作为驱动电机,本文研究采用外转子直接驱动无刷直流电动机的电动跑步机。其主要优点在于:一是省去了传统电动跑步机的减速机构,系统结构简单,运行可靠,效率高;二是无刷电机驱动具有优良的调速和控制性能,可以提升电动跑步机品质,实现智能化;三是无刷电机驱动性价比高,更具市场竞争力。因此,进行电动跑步机外转子无刷直流电动机驱动及控制系统的研究具有较高的理论意义和工程实用价值。 本文首先综述了电动跑步机及其电机驱动的现状、发展趋势以及外转子无刷计特点、分数槽绕组及其控制器;应用电机磁场有限元软件MAGNEFORCE研究了不同极/槽配合无刷电机的磁场分布和不同极弧系数对电机性能的影响;在此基础上试制了电动跑步机外转子无刷直流电动机样机并进行初步性能试验;运用MATLAB对外转子无刷直流电动机进行系统仿真分析。
上传时间: 2013-04-24
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随着计算机技术、电力电子技术的发展,使得电机性能指标也相应的提高和日益完善。这些变化对电机提出了越来越高的性能与质量指标,也使电机性能的精确测试显得更为重要。但监测保护设备的发展相对落后。 本文根据电机运行的特点,采用单片机AT89S52和传感器测试技术,构建了对电机主要运行参数的监测系统。该系统既可以完成现场的实时监测,又可以对多个电机完成连续的参量分析。该系统由参数测量部分,系统的硬件电路组成部分以及软件实现部分组成。参数测量部分的设计包括传感器的选型、放大电路的设计、滤波电路的设计以及硬件电路可靠性措施等。在系统的硬件电路组成部分的设计包括了测试仪和抄写器的电路组成,以及两者之间的无线通信,还包括了抄写器与上位机之间通过USB的通讯。在软件实现的部分通过软件的编写完成各个模块之闻的联系。在界面显示单元设计了基于虚拟仪器的软件平台,其中包括总体设置、历史数据读取、数据图形化显示和数据表格化显示,并对存储的数据进行读取和删除等操作。可以打印指定时间段的历史数据,使用户能够清楚知道该时间段内信息的变化情况。软件的界面友好,显示直观,操作简便。实验结果表明本设计可以满足实际要求、误差较小,可应用于实际应用系统。本监测系统为以后研制更大规模的管理系统迈出了具有基础性和开拓性的一步,其成果具有先进性和潜在的经济效益。
上传时间: 2013-06-21
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