传统的直流电机一直在电机驱动系统中占据主导地位,但由于其本身固有的机械换向器和电刷导致电机容量有限、噪音大和可靠性不高,因而迫使人们探索低噪音、高效率并且大容量的驱动电机。随着电力电子技术和微控制技术的迅猛发展而成熟起来的直流无刷电机具有体积小、重量轻、效率高、噪音低、容量大且可靠性高的特点,从而使其极有希望代替传统的直流电机成为电机驱动系统的主流。 模糊控制器具有鲁棒性好、抗干扰能力强的优点。论文提出了基于转速环模糊逻辑控制理论的直流无刷电机的控制系统设计方案,保证了伺服控制系统具有优良的静动态特性,因而满足更多应用场合的需要。 论文具体包括以下几个部分工作: 首先,从电机本体和控制角度出发,阐述了直流无刷电机在实际应用中需要解决的关键性问题:电磁转矩脉动。详细分析了电磁转矩脉动产生的各种原因,特别是分析了相电流换向所产生的纹波转矩脉动。 其次,本文对无刷直流电动机的工作原理进行了详尽的分析,建立了三相无刷直流电动机的数学模型。并利用MATLAB/SIMULINK软件建立了三相无刷直流电动机的控制系统仿真模型。仿真模型采样的是电机控制系统中常用的双环系统(转速—电流双闭环控制)。为了提高系统的静动态特性,转速外环采用模糊PI调节器,电流内环采用PI调节器。转子位置通过直流无刷电机感应电势检测,仿真结果表明了该仿真模型控制系统与理论分析完全吻合,从而证明了模型的有效性。 然后,初步设计了伺服系统的实验图。以TI公司生产的TMS320LF2407数字信号处理器(DSP)作为整个控制电路的核心芯片,一台40w的直流无刷电机作为被控对象,完成了伺服系统的转速控制。 最后,对未来的工作给予了展望,并对全文的内容进行了总结。
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
上传用户:再见大盘鸡
介绍了无刷直流电机的工作原理和控制方式,并提出了一种基于DSP技术无刷直流电机控制器设计方案,DSP将CPU、PWM波发生单元和数据采集单元等外设都集成在一片DSP上,提高了系统集成度和抗干扰性,并使得系统的升级更加容易。实验表明,基于DSP的无刷直流电机控制系统稳态和动态性能良好,达到了一般伺服系统的性能要求。
上传时间: 2013-12-24
上传用户:chenjjer
摘要:以N沟道増强型场效应管为核心,基于H桥PWM控制原理,设计了一种直流电机正反转调速驱动控制电路,满足大功率直流电机驱动控制。实验表明该驱动控制电路具有结构简单、驱动能力强、功耗低的特点。关键词:N沟道增强型场效应管;H桥;PWM控制;电荷泵;功率放大;直流电机1引言长期以来,直流电机以其良好的线性特性、优异的控制性能等特点成为大多数变速运动控制和闭环位置伺服控制系统的最佳选择。特别随着计算机在控制领域,高开关频率、全控型第二代电力半导体器件(GTR、GTO、MOSFET.、IGBT等)的发展,以及脉宽调制(PWM直流调速技术的应用,直流电机得到广泛应用。为适应小型直流电机的使用需求,各半导体厂商推出了直流电机控制专用集成电路,构成基于微处理器控制的直流电机伺服系统。但是,专用集成电路构成的直流电机驱动器的输出功率有限,不适合大功率直流电机驱动需求。因此采用N沟道増强型场效应管构建H桥,实现大功率直流电机驱动控制。该驱动电路能够满足各种类型直流电机需求,并具有快速、精确、高效、低功耗等特点,可直接与微处理器接口,可应用PWM技术实现直流电机调速控制。2直流电机驱动控制电路总体结构直流电机驱动控制电路分为光电隔离电路、电机驱动逻辑电路、驱动信号放大电路、电荷泵路、H桥功率驱动电路等四部分,其电路框图如图1所示。由图可以看出,电机驱动控制电路的外围接口简单。其主要控制信号有电机运转方向信号Dir电机调速信号PWM及电机制动信号 Brake,vcc为驱动逻辑电路部分提供电源,Vm为电机电源电压,M+、M-为直流电机接口。
上传时间: 2022-04-10
上传用户:jiabin
以STM32F103C8T6为核心,设计了无刷直流电机控制器硬件电路。电路主要包括IR2310构成的PWM驱动电路、IRF3808构成的逆变电路、增量式旋转编码构成的速度反馈电路。控制器具有CAN和RS232通信接口,可与计算机或PLC构成速度或位置伺服系统。利用由xPC目标搭建的半实物仿真平台对PI参数进行整定。测试了控制器的速度伺服响应性能,给定速度为2400rpm时,控制器响应时间为0.32s。实验结果表明,系统工作可靠,稳定性好,响应速度快,可以满足上肢康复机器人的机械臂速度控制性能要求。The hardware circuit of Brushless DC motor controller is designed by taking STM32F103C8T6 as the core,which mainly includes PWM driving circuits made up of IR2310,inverter circuit formed by IRF3808,speed feedback circuit composed of incremental rotary encoder and so on.Speed servo control system or position servo control system can be composed of BLDM controller with computer or PLC through CAN communication interface or RS232 serial communication interface.By using the hardware in the loop simulation platform built by xPC target,the PI parameters are set up.The Speed servo response performance of the controller is tested.When the speed is 2 400 rpm,the response time of the controller is 0...
上传时间: 2022-05-07
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超声波电机(Ultrasonic Motor,简称USM)是近二十年来发展起来的一种新型驱动装置,该电机不同于传统的电磁感应电机,它是利用压电陶瓷的逆压电效应激发超声振动,借助弹性体谐振放大,通过摩擦耦合产生旋转运动或直线运动.这种电机的具有响应快、结构紧凑、低转速、大力矩、不受电磁干扰、断电自锁等优点,在微型机械、机器人、精密仪器、家用电器、航空航天、汽车等方面有着广泛的应用前景.随着超声波电机的推广应用和产业化发展的需要,对超声波电机的驱动和控制技术的研究就非常必要了,小型化、通用化、高性能的驱动电源和简单而又实用的控制技术已成为国内外研究的热点.该文对于单一的定位控制,研究一种简单且控制精度高的控制算法,结合所研制的纵扭复合型超声波电机样机,实现了高精度(0.010度)的定位控制,另对基于高性能DSP的驱动电源进行了初步的探讨和研究,研制了通用性较高的驱动电源.该文开展的主要研究工作和取得的成果如下:1.简要地介绍了超声波电机的原理、发展历史和特点,重点分析了超声波电机驱动电源和定位控制的研究进展和存在的问题,从而引出该硕士论文的研究意义和主要内容.2.从理论和实验上揭示这种电机具有的高分辨率和步进特性实质,提出了利用此特性实现高精度的定位控制策略——步进定位法,并分析了影响其定位精度的因素,结合所研制的纵扭复合型超声波电机样机,实现了高精度(0.010度)的定位控制,并确定了相关控制参数的选择准则.3.简要介绍了常用开关变换器结构,设计了以MOSFET为开关器件的半桥式逆变功率电路.介绍了高性能DSP(TMS320LF2407)为核心的控制信号发生电路和以UC3842为控制芯片的可调压直流电源,结合控制电路和功率变换电路获得了驱动超声波电机所需两项幅值、频率、相位可调的交变方波,具有较高的通用性,为进一步开展运用较复杂控制策略的超声波电机位置和速度伺服控制研究打下一定基础.
上传时间: 2013-04-24
上传用户:hfmm633
直线电动机直接驱动运动设备,省略了机械转换机构,完全消除机械传动元件的速度和加速度的物理极限,具有长行程、低惯量、高精度、快响应和高速度等特征,是先进加工中心的标志。90年代中期以后,直线驱动技术在超精密定位领域中得到了广泛的应用,吸引了越来越多的研究机构和人员投入到这一领域中来。 永磁直线同步电机与普通的直线异步电机相比,具有效率高、输出力矩大、体积小、易于控制等优点,极大地提高了进给系统的快速响应性和运动精度,成为新一代超精密机床中最具有代表的技术。永磁直线同步电机伺服控制系统将是当前和今后直线电机发展应用的一个方向。 本文以直线电机理论为依据,以现有的实验设备及新的实验方法为基础,设计了永磁直线同步电动机控制系统,分析了永磁直线同步电机控制系统中存在的难点,并对直线电动机控制系统的控制性能进行了初步的实验研究。 首先,介绍了永磁直线同步电机的结构、工作原理、相关控制策略,对直线电机控制难点进行了探讨。在此基础上,设计了永磁直线同步电机的控制系统的总体方案。 然后针对永磁直线同步电机控制系统的主要难点,分为位置检测技术,硬件系统设计和软件系统设计三个方面对控制系统进行分析。根据永磁直线同步电机的特点,提出一种简易的初始位置检测方法,并设计了检测电路。该方法基于线性霍尔元件,基本上不增加控制系统成本,安装简便,效果良好。在普通的三相逆变电路的直流侧添加DC/DC电力电子电路。这样的做的好处是根据系统需求输出直流电压,减少谐波。由于传统的基于前后台工作机制的电机控制软件存在响应不及时、不稳定等弊病,提出了基于嵌入式实时操作系统机制上编写电机控制软件。 最后基于样机和控制器做了相应试验,分析了试验结果,并提出了存在的问题和下一步的工作展望。
上传时间: 2013-06-20
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文中设计完成了以数字信号处理器DSP为控制核心,以智能控制功率模块IPM为驱动,以无刷直流电机作为伺服电机的一套高性能的电梯门机交流伺服系统。 论文阐述了设计的目的,给出了电机的选择,介绍了无刷直流电机的优点;说明了门机运行曲线的形成及加减速运行时按S曲线方式运行的优点,并给出了加减速运行时S曲线的具体形成方法;针对门机控制系统的控制策略进行了详细的研究,将自适应控制理论引入了电梯的门机控制系统中,并针对模型参考自适应控制的方法进行了分析,该方法的实施使系统的性能得到了提高。 系统采用TMS320LF2407A作为电梯的门机控制系统的核心控制器,对TMS320LF2407A作了详细的介绍。文中对系统采用了全数字化设计,完成了总体硬件电路的设计,主要包括计算控制电路、信号采集电路、键盘输入及显示电路、驱动及保护电路等,并对每一部分电路的设计进行了具体的说明;驱动电路选用了智能控制功率模块IPM,并针对所选模块进行了说明。 在系统软件设计中,采用对曲线进行离散的方式,给出了门机运行的参考模型,并根据采集的信号与参考模型进行对比,求出加/减速运行时S曲线实现的补偿算法;并针对运行参数变化的影响,提出了对门机系统进行自适应控制的方法,给出了系统软件的流程。 通过对系统的硬件及软件的设计,实现了对电梯门机系统安全、可靠、平稳控制的目的。
上传时间: 2013-06-22
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在早期阶段,直流调速系统在传动领域中占统治地位。然而,从60年代后期开始,交流电动机在工业应用领域正在取代直流电动机,交流传动变得越来越经济和受欢迎。永磁交流伺服系统作为电气传动领域的重要组成部分,在工业、农业、航空航天等领域发挥越来越重大的作用。永磁同步电动机以其特点广泛应用于中小功率传动场合,成为研究的重要领域。然而,永磁同步电动机具有较大的转动脉动,而对于这些应用场合,转矩平滑通常是基本要求。因此,对永磁交流伺服系统的应用,必须考虑其转矩脉动的抑制问题。本文针对电机传动系统中参数变化对电机性能的影响,以永磁同步电机为例,围绕如何通过参数辨识来提高永磁同步电动机的控制性能,借助自行开发的全数字永磁交流伺服系统平台,对永磁同步电动机的磁场定向控制,参数辨识,神经网络和扩展卡尔曼滤波在控制系统中的应用,抑制转矩脉动,提高系统性能几个方面展开深入的研究。 本文从永磁同步电动机及其控制系统的基本结构出发,对通过参数辨识抑制转矩脉动进行了较为细致的分析。针对不同情况,通过改进电机的控制系统,提出了多种参数辨识方法。主要内容如下: 1、基于定子磁链方程,建立了永磁同步电动机的一般数学模型。经坐标变换,得出在静止两相(α—β)坐标系和旋转两相(d—q)坐标系下永磁同步电动机电压方程和转矩方程。 2、分析了永磁同步电动机id=0矢量控制系统的工作原理,介绍了永磁同步电动基于磁场定向的矢量控制的基本概念。经对永磁同步电动机系统进行分析,推导并建立了id=0控制时整个电机系统的数学模型。 3、基于超稳定性理论的模型参考自适应控制原理,设计了一种模型参考自适应控制系统,考虑电机参数的时变性,对永磁交流伺服系统的绕组电阻和电机负载转矩辨识进行了研究,以保持系统的动态性能。利用Matlab/Simulink建立仿真模型,对控制性能进行了验证,仿真实验证明这种方法的可行性。 4、人工神经网络具有很强的学习性能,经过训练的多层神经网络能以任意精度逼近非线性函数,因此为非线性系统辨识提供了一个强有力的工具。本章针对永磁同步电机提出了一种以电机输出转速为目标函数的神经网络控制方案,同时应用人工神经网络理论建立和设计了负载转矩扰动辨识的算法以及相应的控制系统的补偿方法,并应用MATLAB软件进行了计算机仿真,仿真证明和传统的控制方法相比,以电机输出转速为指导值和目标函数的神经网络控制方案能有效地提高神经网络的收敛速度,能有效地改善控制系统的动态响应,具有跟踪性能好和鲁棒性较强等优点。 5、电机的参数会随着温升和磁路饱和发生变化,需进行在线实时辨识。本文利用电机的定子电流、电压和转速,采用递推最小二乘法进行在线参数辨识,该方法不需要观测的磁链信号,消除了磁链观测和参数辨识的耦合。电机状态方程由于存在状态变量的乘积项,对电机参数辨识以后,仍然是非线性方程,为了对电机状态方程进行状态估计,得到电机的参数辨识值,本文采用扩展卡尔曼滤波进行状态估计,对以上方法的仿真实验得到了满意的结果。 6、本文基于数字电机控制专用DSP自行开发了全数字永磁交流伺服系统平台,通过软件实现扩展卡尔曼滤波对电阻和磁链的估计,以及基于磁场定向的空间矢量控制算法,获得了令人满意的实验结果,证明扩展卡尔曼滤波算法对电阻和磁链的实时估计是很准确的,由此构成的永磁交流伺服系统具有良好的静、动态性能。
上传时间: 2013-07-28
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在现代交流伺服系统中,矢量控制原理以及空间电压矢量脉宽调制(SVPWM)技术使得交流电机能够获得和直流电机相媲美的性能。永磁同步电机(PMSM)是一个复杂耦合的非线性系统。本文在Matlab/Simulink环境下,通过对PMSM本体、d/q坐标系向a/b/c坐标系转换等模块的建立与组合,构建了永磁同步电机控制系统仿真模型。仿真结果证明了该系统模型的有效性。
标签: MatlabSimulink PMSM 永磁同步电机
上传时间: 2013-04-24
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