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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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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本文利用Maxwell 3D软件对交流接触器的电磁机构的静态、动态特性进行分析与仿真。Maxwell 3D是美国的Ansoft公司开发的专门用于三维电磁场仿真的软件。本文主要以CJ20-25交流接触器的电磁机构为例，对不同激励下交流接触器电磁机构的静态特性进行分析；编写电磁机构动态仿真程序，对其进行动态仿真，并进一步分析其动态特性；同时对电磁机构的设计参数对交流接触器特性的影响进行了分析。主要为以下几个方面: 首先，利用Maxwell 3D软件建立交流接触器电磁机构的三维有限元模型，对模型进行有限元分析，计算不同电流和气隙下的静态吸力，仿真电磁机构的静态特性。绘制出交流接触器的静态电磁场分布及吸力特性。 其次，用Visual C++编程语言编制程序，仿真交流接触器电磁机构运动过程。 再次，对交流接触器电磁机构进行瞬态分析。得出CJ20-25型交流接触器动态电流、吸力特性，并对动铁心末速度、静铁心迎击距离、动态吸力与反力特性的匹配、总动能和碰撞损失能量与合闸相角的关系特性进行了具体分析。同时，将迎击式与非迎击的两种类型的交流接触器的动态特性作了比较。 最后，利用Maxwell 3D软件分析接触器各个设计参数对交流接触器电磁机构静态吸力、动态特性的影响。 经过以上各方面的分析可知：采用Maxwell 3D软件的强大的电磁场有限元分析功能进行电磁机构的静态及动态特性的分析与仿真，模拟真实的工作环境，可以在样机制作前，精确掌握电器产品的性能，减少样机制作，降低试验费用，加快产品开发周期，提高产品性能指标，具有实际意义。
上传时间： 2013-07-15
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本文系统地论述了应用单片机开发步进电动机二维运动控制器的方法。该二维运动控制器的样品已经研制出来，经过实际运行测试，达到了设计要求，既能实现两轴独立运动控制，又能灵活方便地进行联动控制。由于控制软件对步进电动机采用了适当的自动调速方案，使得电机在运动过程中没有失步现象，运行平稳，定位精度高，重复定位性好。 本文所完成的主要工作有：(1)步进电动机驱动电路的研究。(2)系统控制方案设计。(3)硬件系统设计。单片机的选择、串行通信等电路设计。(4)软件系统设计。该控制器重点在于步进电动机的驱动电路硬件与控制软件的设计，以及上下位机串口通信的实现。本设计的控制环节由AT89S52单片机和环形分配器PMM8713构成，单片机采用RS-485标准的串口通信与上位机进行通信，利用PMM8713产生步进电动机运行和正反转的控制信号。驱动环节采用UC3842实现恒流驱动，给出特定的脉冲驱动信号，驱动功率管进行开通和关断，使步进电动机按照规定的轨迹和速度运行。软件部分由上位机软件和下位机软件共同组成。上位机软件用Visual Basic编制，界面友好，下位机软件用单片机汇编语言编制。上位机输入的指令经编译生成相应的目标代码并通过计算机串口发送到下位机中。下位机的功能：一是接收来自上位机的数据和命令；二是根据上位机发送的命令执行相应的动作；三是向上位机发送有关提示信息。 该控制系统在设计方面具有如下特点： 1.采用内部时钟方式产生步进电动机的驱动脉冲，而没有采用高速脉冲发生器等外部方式，用软件来实现，从而降低硬件成本。 2.硬件设计方面，尽可能地选择了标准化、模块化的电路，从而提高了设计的成功率和结构的灵活性。 3.尽可能选用了功能强、集成度高、通用性好、市场货源充足的电路或芯片。 控制器硬件结构简单，成本低廉，控制可靠，功能强大，使用方便，因而具有十分广阔的应用前景。
上传时间： 2013-05-16
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微机电系统（MEMS）器件的构成涉及微电子、微机械、微动力、微热力、微流体学、材料、物理、化学、生物等多个领域，形成了多能量域并交叉耦合。为其产品的建模、仿真以及优化设计带来了较大的难度。由于静电驱动的原理简单使其成为MEMS器件中机械动作的主要来源。而梳齿结构在MEMS器件中有广泛的应用：微谐振器、微机械加速度计、微机械陀螺仪、微镜、微镊、微泵等。所以做为MEMS的重要驱动方式和结构形式，静电驱动梳齿结构MEMS器件的耦合场仿真分析以及优化设计对MEMS的开发具有很重要的意义。本课题的研究对静电驱动梳齿结构MEMS器件的设计具有较大的理论研究意义。 本文的研究工作主要包括以下几个方面： 1、采用降阶宏建模技术快速求解静电梳齿驱动器静电－结构耦合问题，降阶建模被用于表示微谐振器的静态动态特性。论文采用降阶建模方法详细分析了静电梳齿驱动器的各参数对所产生静电力以及驱动位移的关系；并对静电梳齿驱动器梳齿电容结构的静电场进行分析和模拟，深入讨论了边缘效应的影响；还对微谐振器动态特性的各个模态进行仿真分析，并计算分析了前六阶模态的频率和谐振幅值。仿真结果表明降阶建模方法能够快速、准确地实现多耦合域的求解。 2、从系统角度出发考虑了各个子系统对叉指式微机械陀螺仪特性的影响，系统详细地分析了与叉指状微机械陀螺仪性能指标－灵敏度密切相关的结构特性、电子电路、加工工艺和空气阻尼，并在此分析的基础上建立了陀螺的统一多学科优化模型并对其进行多学科优化设计。将遗传算法和差分进化算法的全局寻优与陀螺仪系统级优化相结合，证实了遗传算法和差分进化算法在MEMS系统级优化中的可行性，并比较遗传算法和差分进化算法的优化结果，差分进化算法的优化结果较大地改善了器件的性能。 3、从系统角度出发考虑了各个子系统对梳齿式微加速度计特性的影响，在对梳齿式微加速度计各个学科的设计要素进行分析的基础上，对各个子系统分别建立相对独立的优化模型，采用差分进化算法和多目标遗传算法对其进行优化设计。证实了差分进化算法和多目标遗传算法对多个子系统耦合的系统级优化的可行性，并比较了将多目标转换为单目标进行优化和采用多目标进行优化的区别和结果，优化结果使器件的性能得到了改善。
上传时间： 2013-05-15
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在传统的直线驱动场合，都是由旋转电机提供原动力，再由丝杠、丝杆、齿条等中间机构转换为直线运动。这样的设置，不仅在中间传动过程中消耗了大量的能量，而且摩擦产生的噪声也非常明显，同时也给系统的维护工作带来了麻烦。 直线电机的出现可以使上述问题得到解决，由于具备直接将电能转化为直线运动的能力，直线电机已经在机床驱动、集成电路组装等场合逐渐取代了传统的旋转电机的位置。 自19世纪中期直线电机的概念被首次提出以来，经过孕育、实验、开发和实用这四个阶段的发展，并借助于电力电子技术，以及日渐成熟的直线电机控制技术，直线电机已经广泛应用到了制造业、交通运输业等各个方面。 与旋转电机类似，按工作原理的不同，直线电机也有着各种类型，应用较多的是直线步进电机、直线同步电机和直线感应电机。其中直线步进电机更多的是应用在需要精确定位的场合，比如半导体工业；后两者则被应用在需要连续和大推力的场合，比如机床。而直线同步电机，尤其是永磁直线同步电机，凭借更大的单位面积推力、更高的效率等优点受到了更多的青睐，与此同时，由于没有了励磁绕组，电机的整个结构也得以简化。另一方面，我国丰富的稀土资源也为这种电机的发展提供了广泛空间。 作为一种较为新颖的电机，目前国内仍缺乏系统化的永磁直线同步电机设计方案，尤其是电枢绕组部分。常用的方法仍是基于传统的旋转电机，例如使用双层叠绕组方案。通过对实际电机的软件模拟，我们发现这样的设计思路的表现并不能令人满意，比如造成了动子线圈槽满率过大，电机设计难以形成系列化等缺点，而电机本身输出推力的波动也较大。 针对传统方案的一系列缺点，本文提出了一种新的永磁直线同步电机设计方案。该方案基于“单元电机”的概念，使用单层同心式线圈。当目标推力要求变化时，只需改变“单元电机”的数目和排列组合的方式，就可以达到改变的目的。而每个单元中的绕组连接方式则不需要改变，由此避免了繁琐而复杂的绕组设计，这就给电机的系列化设计带来了便捷。同时，单层绕组的使用也更方便嵌线，也更有利于降低铜耗，提高效率。 在完成单元电机设计任务的基础上，本文利用加拿大Infolytica公司出品的电磁场有限元分析软件MagNet对电机的运行进行了模拟，并得到了电机的额定输出推力曲线和反电动势曲线，输出推力曲线较之传统方案也更平稳。体现了该设计方案的优越性。
上传时间： 2013-06-29
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低压电器电弧运动过程三维成像理论及运动机理研究在国内外取得了一定的进展，但作为一种新型电弧研究方法，特别是对电弧运动可视化方面的研究尚处于起步阶段，其技术涉及到电器学、数值计算、图像处理、计算机科学等众多学科领域，加之电弧复杂的非线性特性及其瞬时特性，导致测量研究的困难，在电弧机理、性能分析和模型设计等方面都还不够成熟、完善。所以，在电弧模型理论研究、电器电磁机构的三维有限元分析、电器的计算机辅助设计、电弧动态特性研究等方面，存在大量的工作要做。对这些问题的深入研究，可以更好地认识电器触头在整个运动过程中极其复杂的电、热、磁、机械等一系列现象。 为了从不同角度观察分析电弧在灭弧室中的动态运动过程，本文在研究开关电器电弧图像增强及运动过程三维可视化的基础上，分析电弧形成机理、电弧特性和运动形态的基本理论，进一步考虑其模型特性和电弧等离子体磁压缩效应，建立其运动数学模型。电弧图像需要的处理主要有：图像数字化、图像平滑、图像分割、图像边缘检测、图像增强。本文提出一种基于小波变换的图像增强和直方图的图像增强算法，在保留电弧弧柱强特征的同时，突出显示电器动触头图像特征使增强后的电弧图像适合人类的视觉特征，为电弧动态过程分析和电弧可视化模型的构建提供有效的分析基础，并取得良好的电弧图像增强效果。本文构造了基于比色测温原理的电弧辐射拾取、图像采集、同步控制、数据处理等硬件装置，对试验采集装置进行了标定；将医学上成功应用的计算机层析成像理论，应用于对电弧进行三维温度场重建的研究，构造可单面阵CCD采集三组六路投影辐射强度的实验装置，通过对触头边缘检测的手段精确定位于不同光路中电弧的位置，对辐射拾取光路进行校准，编制了系统软件，实现电弧三维温度场的重建。研究数学模拟计算方法，提出了适合低压电器电弧数学模型计算的方法。用计算机求解获得以前依靠实验才能获得的开断波形及运动过程，将理论分析、试验研究和计算机仿真有机结合起来，使产品设计更加科学和准确，可以大大减少设计周期，减少试验的盲目性和费用，有利于提高电器产品的技术性能，对于新产品开发，优化灭弧室设计及模拟实验，具有十分重要的意义。
上传时间： 2013-04-24
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随着环境污染和能源短缺问题的日趋严重，寻找一种储备大、无污染的新能源已经上升到世界各国的议事日程。太阳能作为当今最理想环保的能源之一，已经得到了人类越来越广泛的应用。本文以光伏（Photovoltaic—PV）并网发电系统为研究对象，以最大限度利用太阳能、无污染回馈电网为主要目标，开展了光伏并网发电系统的理论研究和仿真，具有重要的现实意义。光伏并网逆变器是光伏并网发电系统中必不可少的设备之一，其效率的高低、可靠性的好坏将直接影响整个光伏发电系统的性能和投资。本文主要研究适用于并网型光伏发电系统的逆变器。 本文以一个完整的光伏并网发电系统为研究对象，重点对单相光伏并网系统进行了全面的分析，并从并网系统的主电路拓扑、控制策略、孤岛效应以及系统的可靠性分析几个方面做了详细的分析和仿真实验。 首先，介绍了国内外光伏并网发电产业的现状，并对光伏并网发电系统的组成结构、优缺点、发展趋势及光伏并网发电系统对逆变器的要求做了简单介绍，对光伏并网发电系统建立了总体认识。 其次，讨论研究了逆变器主电路的拓扑形式，并根据实际情况，选择了无变压器的两级结构，即前级DC/DC变换器和后级DC/AC逆变器，两部分通过DClink连接。前级的DC/DC模块采用Boost拓扑结构，后级的DC/AC逆变器采用逆变全桥实现逆变，向电网输送功率。讨论确定了逆变器输出电流的控制方式，并最终确定了光伏并网发电系统的总体方案。高性能的数字信号处理器芯片（Digital Signal Processor—DSP）的出现，使得一些先进的控制策略应用于光伏并网的控制成为可能。本文以TI公司的数字信号处理器芯片TMS320F2812为核心，设计了控制电路并给出了驱动电路、保护电路的设计以及系统的电磁兼容设计思想。应用MATLAB/Simulink中的工具箱搭建了整个电路模型，进行了仿真实验研究。 再次，我们已经知道孤岛效应问题关系到光伏并网发电系统的安全问题。本文分析了孤岛效应产生的原因、对电网的危害和目前各种常用的被动和主动及外部孤岛效应的检测方法。根据本文涉及的光伏并网发电系统的特点，采用了电压前馈正反馈检测孤岛的方法，然后详细介绍了该方法的原理和实现过程， 并给出了逆变器的反孤岛效应模型和仿真实验结果。仿真结果证明，该方法是可行的，并且达到了IEEE Std．2000—929标准的规定。 光伏系统的可靠性研究对整个系统的经济运行乃至投资决策产生了重要影响。本论文以光伏并网发电系统的基本组成为线索，对各部分进行可靠性分析，对满足一定可靠性水平的光伏并网发电系统进行分析，从而对其的推广使用起到了理论指导作用。 关键词：光伏并网发电系统；逆变器；孤岛效应；DSP；可靠性分析
上传时间： 2013-04-24
上传用户：daoxiang126
作为一个自然不稳定系统，倒立摆一直被用作实时控制系统实验的控制设备。通过对它的研究不仅可以解决控制中的理论问题，还能将控制理论涉及的三个主要基础学科：力学、数学和电学(包含计算机)进行有机的综合应用。此外，在近代机械控制系统中，如航空航天上直升飞机、火箭发射、卫星发射及生活中的做体操、花样滑冰、单轮骑车等等，都存在类似于倒立摆的稳定控制问题。因此实现倒立摆系统稳定控制的研究对实际工程和现实生活有非常重要的意义。 本论文的主要目标是设计和建造一个基于数字信号处理器(DSP)的计算机控制系统来控制倒立摆的平衡。论文中用到的控制理论主要是线性控制理论和反馈控制理论。 本文首先对倒立摆的背景和研究现状作了总体介绍，简要的阐述了常见的控制算法。随后详细介绍了利用牛顿第二定律及相关的动力学原理建立一级和二级倒立摆的数学模型，并用MAILAB对倒立摆的运动特性进行了仿真。然后研究倒立摆系统的各种控制策略，比较了各种控制方法的效果。 本论文还设计了基于DSP的计算机控制系统。详细介绍了DSP硬件电路设计和外围电路设计，用C和汇编语言编写了系统的控制程序。 最后，对本论文进行了总结，对下一步要进行的工作提出了自己的设想。 整个论文的完成以一定的理论为基础，既有数学模型的分析与推导，方法理论的探讨，又有实际控制系统设计过程，而且研究对象相当典型。本文所完成的工作，既可以作为现代控制理论的教学实验，对于具有类似模型的其他装置如两足机器人的研究也有一定的借鉴作用。
上传时间： 2013-04-24
上传用户：huyanju
运动控制卡是数控系统的重要组成部分，是上位机与驱动执行部件的之间的一座桥梁。数控加工中的定位控制的精度、速度调节的性能等重要指标都与运动控制卡密切相关。目前，国内研制的运动控制卡与国外专业性公司研制的先进的开放式运动控制卡相比还有较大差距。因此，对于运动控制卡的研究与开发具有很大的现实意义。 本文对运动控制卡的各种实现方案作了深入的比较，对于运动控制卡的发展趋势进行了探讨。在分析数控系统对于运动控制卡需求的基础上，提出了一种基于DSP的PCI总线运动控制卡的实现方案。该方案具有通用性好、软件易于修改升级、调试方便等特点。 文中对这一方案的具体实现做了详细的分析，给出了系统的整体结构设计，软硬件组成情况。详尽阐述了运动控制电路、总线接口电路、驱动器接口电路等硬件电路的设计过程，以及运动控制卡的制作过程。论述了DSP上的程序结构，并具体分析了插补算法、速度控制算法等在DSP上的实现方法。对PC机上的运动控制卡的驱动程序的模型以及编写方法做了介绍。 通过对制成样板的调试表明，运动控制卡具有良好的性能。
上传时间： 2013-07-29
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