永磁同步电动机交流伺服系统作为交流伺服系统的主流，在工业生产自动化领域中应用广泛、前景广阔。永磁同步伺服电动机作为伺服系统的执行机构，其性能的优劣在很大程度上决定了整个伺服系统的性能。因此，精心设计性能优异的永磁同步伺服电动机具有重要的理论意义和应用价值。本课题系统研究了永磁同步伺服电动机的本体设计，包括设计方法、性能计算、有限元分析、参数计算、控制仿真、实验测试等。 首先，综述和分析了永磁同步伺服电动机的研究现状、存在问题和发展前景，研究了永磁同步伺服电动机的设计特点和方法。开发了永磁同步伺服电动机的电磁计算程序，结合有限元计算数值的校正，完成对样机的性能计算，计算结果较为准确。 接着，深入分析永磁同步伺服电动机的气隙磁场，得到充磁方式、极弧系数、不均匀气隙、永磁体厚度等因素对气隙磁场的影响，绘制了各因素对气隙磁场基波和谐波总量影响的曲线，通过优化设计，得到了明显改善的正弦气隙磁场。并拓展研究总结了不同永磁体形状和尺寸对永磁直流电动机在换向和性能上的影响，取得有实用价值的研究成果。 然后，基于Ansoft、MagNet电磁分析软件建立了永磁同步伺服电动机的有限元分析模型，深入研究了电机的反电势波形、稳态运行性能和齿槽转矩，计算了直、交轴同步电抗等重要参数。建立了永磁同步伺服电动机Id=0控制的Matlab/simulink仿真模型，并进行了仿真研究。 最后，对永磁同步伺服电动机进行了实验测试和分析，包括反电势波形与磁场波形测试、性能曲线测试、直交轴同步电抗的测量。对测试结果与设计结果进行了比较分析，验证了设计方法的正确性。
上传时间： 2013-08-04
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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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近年来，由于能源危机和环境污染，世界各国均在投巨资发展燃料电池汽车。双向DC/DC变换器作为燃料电池汽车的中重要部件，需要随着行驶状态的改变，频繁地切换其工作状态，其动态性能好坏，直接决定汽车动力系统的响应速度。本文主要致力于对DC/DC变换器在不同控制策略下的动态性能进行研究，并在保证其稳态性能的前提下提高系统动态性能。 本文首先研究了线性控制策略下DC/DC变换器的动态性能。介绍了闭环控制系统在频域和时域的动态性能指标以及二者之间的关系。当系统受到外部干扰较小时，采用频域分析方法，对Buck和Boost变换器进行了小信号建模，并对其在不同线性补偿网络控制作用下的动态性能进行对比分析。当系统受到较大干扰时，采用时域分析方法，文中介绍了DC/DC变换器大信号建模方法，并对PID参数在工程上整定方法加以分析。 DC/DC变换器是一非线性系统，应用线性控制策略不可避免地存在一定局限性—动态性能和稳态性能之间的矛盾。针对这一问题，引入了模糊—PI控制，将其应用于DC/DC变换器，以在保持系统稳态性能不变的前提下，提高其动态性能。以Buck DC/DC变换器为例，详细介绍了模糊-PI控制器的设计过程，并对设计的闭环控制系统用MATLAB进行建模与仿真。最后，通过实验对比验证了模糊—PI控制的有效性。 和线性控制策略相比，模糊—PI控制在一定程度上提高了系统的动态性能，但效果有限。本文引入了另一种非线性控制策略——滑模控制策略。滑模控制策略是目前动态性能最好的控制策略之一，可以极佳地发挥系统的硬件潜能。 本文首先介绍了滑模控制相关知识，推导了其应用于Buck和Boost变换器的理论基础。设计出针对不同被控对象和工作状态的控制策略，对每种控制策略通过仿真分析验证其有效性。就滑模控制存在的静差问题、抖振问题和变频问题均提出了行之有效的解决方案。快速响应特性
上传时间： 2013-08-01
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随着电力电子技术、微处理器技术以及控制技术的发展，基于转子磁链定向的交流电机矢量控制系统以其优良的性能受到了广泛应用。采用SVPWM逆变器的异步电动机矢量控制系统在转速参考值变化或者负载转矩参考值变化的动态情况下，参考电压矢量可能会超出基本空间矢量构成的正六边形，此时便出现动态过调制，需要用过调制策略将超出的电压矢量重新限定在正六边形边界内。不同的过调制策略会给整个系统带来不同的动态性能，本文在对过调制策略进行完善的基础上，针对三种过调制策略对交流电动机动态性能的影响进行了研究，并对其机理进行了理论分析与探讨。 @@ 本文首先以三相异步电动机在两相静止坐标系下的动态方程为基础，按照转子磁链定向，设计了转子磁链观测器，完成了励磁电流分量和转矩电流分量的解耦，并构建了基于SVPWM的异步电动机矢量控制系统的MATLAB仿真模型。在矢量控制中，电流控制对系统性能具有重要影响。为了改善系统性能，所设计的矢量控制系统采用了同步电流控制，并对反电势进行了前馈补偿。 @@ 在分析了现有的三种过调制策略之后，对过调制策略进行了完善，并构建了异步电动机矢量控制系统的过调制仿真模型。过调制中，当原参考电压矢量位于正六边形中任意两个扇区交界附近时，过调制策略2和3所得到的新电压矢量仍会超出正六边形边界，过调制算法不再适用于此区域。针对以上不足，本文对过调制策略2和3进行了完善，使过调制算法适用于所有区域。采用完善后的过调制策略对转速参考值变化和负载转矩参考值变化的异步电动机矢量控制系统进行仿真，发现在加速与加载的条件下，过调制策略2的动态性能好于过调制策略1，而过调制策略3的动态性能最佳，具有最小的动态响应时间，暂态性能优良；在减载的条件下，过调制策略1和2能够很快的进入稳定状态，但是过调制策略3却出现问题，动态响应时间很长，说明此策略具有一定的局限性。 @@ 本文深入探讨了三种过调制策略导致不同动态性能的内在机理，通过对三种过调制策略中电压矢量的幅值和相位进行分析，理论上解释了出现不同动态响应时间的原因。出现过调制时，过调制策略2中新电压矢量的幅值总是大于过调制策略1中新电压矢量的幅值，所以动态性能更好。在加速和加 载条件下，过调制策略3中新电压矢量的相位总是超前于过调制策略1和2中新电压矢量的相位，因此可以获得更快的动态响应，暂态性能更佳。但是在减载条件下，过调制策略3中新电压矢量与原电压矢量间的相位关系处于无规律的超前滞后状态，导致过调制策略3出现问题，动态响应时间很长，说明此过调制策略有其不足之处，有待于改进。@@关键词：SVPWM；矢量控制；过调制；动态性能
上传时间： 2013-06-27
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选相控制开关又称同步开关或相控开关，其实质就是控制开关在电压或电流的期望相位完成合闸或分闸，以主动消除开关过程所产生的涌流和过电压等电磁暂态效应，提高开关的开断能力。本论文首先分析了提高断路器可靠性的途径，介绍了相控开关的研究意义及其优点；相控开关的基本原理和分合闸操作过程，为同步开关选相控制器的设计提供了理论依据。 永磁操动机构是近几年正在发展的一种新型操动机构，它利用永久磁铁产生的磁力将真空断路器保持在分合闸位置，而无需任何传统机械脱扣锁扣装置。它机构零部件少，结构简单，使断路器动作的可靠性大大提高。二次控制回路采用电子控制模块，动作迅速并可以实现精确时间控制，采用开关电源输入范围宽，输入输出用光耦隔离，功耗低，极大地提高了可靠性，使永磁机构真空断路器成为真正意义的免维护智能化断路器。单线圈永磁机构结构简单、体积小，在中压领域得到越来越广泛的应用。相控真空开关采用三相独立操动的单线圈永磁机构，其操作电源为由大功率电力电子器件控制的储能大容量电容器，通过多次的测试结果表明单线圈永磁机构能很好地满足相控开关的要求，是相控开关的理想选择。 本文详细介绍了以Mega16为控制核心的单线圈永磁机构智能控制器，这种控制系统集保护、控制、开关量监测等功能于一体。可实现对电容电压实时显示，具有过电流速断保护、过电压和欠电压保护、闭锁以及报警等功能。 通过相关试验测试，表明本系统已经初步达到了设计所要达到的预期效果，为以后的研究以及同步控制系统的完善和优化提供了有益的经验和参考。
上传时间： 2013-07-02
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直接转矩控制技术(DTC)是继矢量控制技术之后交流调速领域中新兴的控制技术，它采用空间矢量分析的方法，直接在定子坐标系下计算并控制异步电机的转矩和磁链，采用定子磁场定向，直接对逆变器的开关状态进行最佳控制，从而能够快速而准确地控制异步电动机的转矩和磁链，以获得转矩的高动态性能。目前在高速离心机行业，普遍采用通用型变频器，其通用性好，但参数较多，价格较贵，为了降低成本增强控制性能，本文利用直接转矩控制技术的优点，采用直接转矩控制策略设计并制作了针对高速离心机的专用变频器。 本文介绍了异步电动机和逆变器的基本数学模型，分析了异步电机直接转矩控制的基本原理，以及直接转矩控制系统的基本组成，对直接转矩控制系统进行了仿真研究，建立了基于MATLAB/Simulink的仿真系统，介绍了仿真模型的各组成部分，包括3/2变换、定子磁链、电机转矩观测模型、转矩调节器、磁链调节器、扇区判断、开关表选择等，给出了系统加减负载和加减转速仿真结果，仿真结果表明了其磁链轨迹近似为圆形，系统具有良好的动态和稳态性能，同时证明了建立的转矩和磁链观测模型以及控制算法的正确性和可行性。根据仿真实现方法以及结果的指导，设计并制作了整个系统的硬件电路，包括主电路(单相整流、滤波、制动电路、启动限流电路、逆变电路)、控制电路(DSP、驱动隔离放大、采样)并对各器件进行选型，给出了硬件各部分电路图；最后介绍了系统的软件流程以及各模块的程序实现，系统的软件部分采用C语言进行编程，实现了定子相电流的采样、定子相电压的计算、定子磁链的计算和开关信号的输出等功能。在分别对硬件和软件各部分进行调试后，进行了系统的联合调试，以TMS320F2808作为控制器，在一台功率为1.5KW的交流异步电机上实现了直接转矩控制。
上传时间： 2013-05-31
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近年来，多电平逆变器在高压大容量电能变换中得到广泛应用，而其控制策略和电路拓扑等已成为了研究热点。相对传统的两电平逆变器，它具有效率高动态性能好，对电动机产生的谐波少，适合高压大容量等优点。但随着电平数的增加，基本控制算法越来越复杂，同时还存在中点电压不平衡等问题。将DSP数字控制技术应用于多电平逆变器不仅简化了系统的硬件控制电路，提高了系统性能，还可以实现系统的优化控制。 本文以二极管箝位式三电平逆变器为研究对象，首先介绍了三电平逆变器的拓扑结构和工作原理，对三电平逆变器的电路方程进行了深入的分析，在开关函数的基础上建立了三电平逆变器的数学模型。在此基础上，对空间电压矢量脉宽调制（SVPWM）算法进行了改进，并详细推导了该调制算法的计算公式，结合中点电位控制来确定开关矢量的作用顺序，使仿真和实现都比较容易。然后重点分析了三电平逆变器直流侧电容电压不平衡问题产生的原因，提出了一种能控制逆变器直流侧电容中点电位平衡的电压空间矢量脉宽调制方法。最后采用MATLAB仿真软件对所推导的三电平逆变器SVPWM调制算法和中点电位平衡控制方法进行了仿真分析，证明了该调制算法的正确性和可行性。
上传时间： 2013-05-20
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三相电压不平衡度是衡量电网电能质量的一个重要指标。在三相系统中，引起电压不平衡的主要原因是发电机的输出电压不平衡和负载不平衡两方面，电压不平衡比较严重时，会给系统带来诸多危害。近年来，STATCOM因其动态响应速度快，电流谐波含量小，装置体积小等优点，在电压不平衡补偿中的应用越来越广。 首先本文研究了基于IGCT的STATCOM主电路。为了获得更高的输出电压，通常需要将IGCT串联使用。然而在器件串联使用时，由于其特性的差异会产生暂态电压分配不均衡，导致个别器件上产生过电压而威胁器件的安全，严重时会烧毁器件。因此需要采用均压电路来保证串联结构中电压的平均分配。本文重点对IGCT串联均压电路和缓冲电路进行了设计，在分析串联均压电路的同时，计算了吸收电容和吸收电阻的取值范围。而后，对缓冲电路进行了Pspice仿真，通过仿真验证了均压电路的工作效果。结果表明，吸收电容和吸收电阻的取值合适，能够对IGCT的串联运行起到很好的保护作用。本文还对100Kvar/660VSTATCOM的主电路进行了参数设计，对IGCT的型号和各主要元件进行了选择。 本文重点研究了不平衡系统中STATCOM的控制策略。建立了基于IGCT的STATCOM的数学模型；根据STATCOM的电流暂态模型，对电流电压进行序分解，并做D—Q坐标变换，建立STATCOM在静止坐标系下的正、负序数学模型。基于建立的负序模型，研究STATCOM在不平衡情况下的控制策略，本文采用无差拍控制方法；根据实际补偿时遇到的问题：收敛速度慢、依赖固定的负载模型、鲁棒性差等，对无差拍控制方法进行了优化设计。该优化方法在传统无差拍的基础上引入了参考电流观测器和状态观测器；文中具体设计了这个改进无差拍控制器和其相关电路。经分析与仿真验证了本文提出的优化控制方法，将该方法应用于STATCOM不平衡补偿器，取得了良好的不平衡补偿性能、快速的动态响应和良好的鲁棒性。
上传时间： 2013-06-05
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太阳能发电在世界能源危机的今天飞速发展，已成为新能源的主流之一。逆变器作为主要的能量变换装置器件，其性能的好坏直接影响着整个光伏系统的效率。本文采用电压外环、电流内环的双环控制策略，保证了系统的动态响应速度快，稳态误差小。为此，论文主要对系统的电路拓扑结构、数学模型、控制方法以及基于FPGA的软件实现方法等技术进行了分析研究。 本文首先通过对几种常见的数学模型分析方法的比较，选择适合本文的数学建模方法。文中给出了逆变器的拓扑结构，详细论述了其工作原理，对该逆变器不同工作状态下的等效电路进行分析，并利用状态空间平均法建立了逆变器数学模型，确定主要元件的参数。 随后对当前比较流行的几种逆变电路的控制方法进行了对比分析。本文采用的基于SPWM控制的电压电流双环控制的算法，具有开关频率固定、物理意义清晰、实现方便的优点，保证系统的稳态误差小，动态响应速度快。通过分析几种最大功率跟踪算法各自的优缺点，最后给出了改进的最大功率跟踪算法，保证系统输出最大功率。 最后用FPGA实现了系统控制方案的设计。整机测试结果表明：该逆变器的性能指标基本达到了设计要求，验证了数学模型和控制策略的有效性和理论分析的正确性和可行性。
上传时间： 2013-07-25
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CAN工业局域网也叫控制器局域网，它属于现场总线的范畴，是一种高速、可靠、并且对分布式实时控制应用来说是低成本的串行总线，它被广泛用在分布式处理系统和实时控制工业应用系统中。本文介绍了CAN总线在电动汽车故障诊断系统中的应用方案，它具有通用性、可编程和智能化等特点。 本文首先介绍了电动汽车的概念、国内外故障诊断系统的发展状况及CAN总线的基本概念。通过对CAN总线通信原理的深入分析，建立了基于CAN总线的控制网络结构模型，首次将iCAN协议应用于电动汽车低速CAN网络，并参照SAEJ1939协议建立了高速CAN应用层协议。文中还介绍了所开发的CAN总线硬件平台，包括三个低速节点，三个高速节点和一个中央控制器（网关服务器）。并详细介绍了中央控制器（网关服务器）的开发过程及功能，中央控制器硬件采用PC+USBCAN卡的方案，上位机编程采用组态软件MCGS，有利于协议的分析及信息的显示与存储。 中央控制器也是整车的故障诊断管理单元，本文分析了基于CAN总线的电动汽车控制系统的故障诊断模式，对电控单元的故障监测、诊断以及处理方法进行了探讨，提出了故障信息的编码方式。并能将故障信息通过数据库保存起来，通过数据库管理系统快速准确地查找历史故障信息，对当前的故障判断提供帮助，达到快速、准确的找到故障原因并提供解决方案。 本论文所做的工作将有助于国内的电动汽车故障诊断分析系统的快速发展，为电动汽车故障诊断提供了新的途径，电动汽车故障诊断分析系统具有重要的经济价值和广阔的应用前景，并为今后这方面的研究提供了一个参考。
上传时间： 2013-06-23
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