本课题提出了一套采用直流斩波技术的永磁无刷直流电机的调速控制系统。一方面研制了一种新颖的端电压逻辑换相控制策略,它通过分析电机三相绕组端电压的大小关系得出控制逆变桥开关管导通的信号。结合电机预定位起动原理,设计出的端电压逻辑信号分析处理电路,有效克服了电机起动的困难,确保电机的顺利起动,并在实验结果中得到了论证。这种完全用硬件电路来实现电机的电子换相,无疑大大降低了控制系统的成本,具有一定的实用价值。另一方面采用直流斩波技术的无刷直流电机调速系统,从而大大减小了电流的脉动。本文阐述的方法不但适用于一般的三相四线制无刷直流电机,还适用于三相三线制的电机,从而扩大了其应用的范围。 本论文先对无位置传感器永磁无刷直流电动机的结构和基本原理进行了详细的介绍;然后分别着重介绍了两个部分的设计工作:无刷直流电机的驱动控制和采用直流斩波技术的调速系统;最后给出了相关的实验结果和结论。 根据上述设计方案设计的无位置传感器永磁无刷直流电动机调速控制系统,可以实现电机的平滑起动、无振动和失步现象,具有良好的调速性能。
上传时间: 2013-04-24
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永磁同步发电机由于一系列高效节能的优点,在工农业生产、航空航天、国防和日常生活中得到广泛应用,并且受到许多学者的关注,其研究领域主要涉及永磁同步发电机的设计、精确性能分析、控制等方面。 本课题作为国家自然科学基金项目《无刷无励磁机谐波励磁的混合励磁永磁电机的研究》的课题,主要研究永磁电机的电磁场空载和负载计算,求出永磁电机的电压波形和电压调整率,为分段式转子的混合励磁永磁电机的研究奠定基础,主要做了以下工作: 首先介绍了永磁同步发电机的基本原理,包括永磁同步发电机的结构形式和永磁同步发电机的运行性能,采用传统解析理论给出了电压调整率的计算方法及外特性的计算模型;然后用有限元ANSYS对永磁同步发电机样机进行实体建模,经过定义分配材料、划分网格、加边界条件和载荷、求解计算等,得到矢量磁位Az、磁场强度H、磁感应强度B等结果,直观地看出电机内部的磁场分布情况。 其次根据电磁场计算结果,应用齿磁通法对其进行后处理。该方法求解转子在一个齿距内不同位置处的磁场,以定子齿的磁通为计算单位,根据绕组与齿的匝链关系,计算出磁链随时间的变化,进而得到永磁同步发电机空、负载时电压大小及波形。通过计算结果写实验结果对比,验证了齿磁通法的正确性,为计算永磁同步发电机各种性能特性提供有力工具。 最后,基于齿磁通法对永磁同步发电机的外特性进行了深入研究,定量分析了结构参数对外特性的影响规律,提出了有效降低电压调整率的方法的是:增加气隙长度g的同时,适当增加永磁体的磁化方向的长度hm;此外,要尽量的减少每相串联匝数N和增大导线面积以减小阻抗参数。通过改变电机的结构参数,对其电磁场进行计算,找到永磁电机电压调整率的变化规律,为加电励磁的混合励磁永磁电机做准备,达到稳定输出电压的目的。
上传时间: 2013-04-24
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由于电动助力转向(EPS)系统具有高性能、高效率、低成本、节能环保等优点,随着汽车电子技术的发展,电动助力转向技术逐渐取代传统的液压助力转向(HPS),成为转向助力技术的主流。 @@ 本文在详细了解EPS系统性能要求和工作原理的基础上,对各种已有的EPS助力电机进行了总结和比较。对比结果表明,无刷直流电机(BLDC)凭借其显著的优点,成为EPS助力电机的较优选择。 @@ 无刷直流电机作为一种由电动机本体和驱动器组成的机电一体化产品,与传统的直流电机一样,具有良好的起动和调速性能,并且由于用电子换向取代了机械换向,不存在传统直流电机的换向火花和机械噪声,在许多性能要求比较高的场合已得到普遍应用。随着电力电子技术、计算机技术的发展,其应用范围还在进一步扩展。然而,BLDC电机作为EPS系统的助力电机也并非全无缺点。永磁电机中固有的齿槽转矩的存在,以及由于采用120°换向工作模式造成的转矩波动,都会严重影响EPS系统的操控性能。 @@ 本课题针对无刷直流电机在汽车电动助力转向系统中的应用,根据EPS系统对助力电机的要求,设计了一台转向助力用永磁无刷直流电动机,并使用有限元方法对电机性能进行了分析。为了反映参数变化对电机性能的影响,从而为电机的设计提供指导,我们还用场路耦合的解析算法对电机性能进行了分析。在分析结果的基础上,对永磁电机中的齿槽转矩进行了研究,并针对样机提出了齿槽转矩的削弱方法,然后使用三维有限元的方式对所提出的方法进行了仿真验证。 @@ 根据EPS系统的工作原理,探讨了助力电机的控制策略,并设计了带传感器的无刷直流电机的控制系统。分别完成控制系统硬件和软件的设计,并进行了相关实验,结果表明基本达到了设计的目标。 @@关键词:EPS、无刷直流电机、电机设计与优化、有限元、控制器设计
上传时间: 2013-07-29
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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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空调压缩机是空调器的核心部件。传统定速空调器中压缩机多采用单相异步电动机,对电机采用简单的开关式控制,电能损耗、室温波动及噪音都很大,压缩机容易受冲击损坏。随着人们生活水平的提高及能源短缺问题的出现,将变频调速技术应用于空调器中,将变频压缩机取代传统定频定速压缩机,对其进行变频调速将使压缩机减少开停次数,降低室温波动,提高舒适度,获得了更好的空气调节效果和实现节能降耗的要求。 空调系统是一个典型的多输入多输出、具有大滞后特性的菲线性系统。要对空调压缩机进行变频调速,需要根据房间温度的变化得出压缩机的频率值。由于空调系统精确的数学模型难以取得,且时间常数较大,传统的PID调整不仅费时费力,性能指标也不能令人满意。因此,将模糊控制技术引入空调压缩机的变频调速控制,建立模糊控制器,以房间温度的变化和变化率为输入,压缩机的频率为输出。对于提高空调系统的控制精度、稳定性和可靠性,无论从学术研究角度出发,还是在工程应用方面,都具有相当的现实意义。 本文分别从三相异步电动机的变频调速技术、变频空调控制策略等方面进行了探讨分析。首先将模糊控制技术应用到空调压缩机变频调速中,根据建立模糊控制规则的基本思想及实际运行经验,通过模糊控制技术使空调压缩机具有自调整的智能特性,从而得出最佳的动态控制参数,克服了PID控制器控制精度较低、消除稳态误差能力差的缺点。 然后详细阐述了SVPWM的基本原理,对空间矢量调制(SVPWM)方式及其实现方法进行了探讨。在变频压缩机的控制中采用先进的SVPWM调制技术,压缩机能根据室内需要的冷(热)量不同,连续地、动态地、实时地调整其制冷(热)量,始终保持在较合理的运转状态下。能够进一步提高电压的利用率和频率分辨率,并使压缩机运行更加平稳,提高空调的效率,达到节能降耗的效果。
上传时间: 2013-04-24
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在太阳能路灯控制系统中,引入最大功率跟踪技术(简称为MPPT),不仅降低了成本,还提高了太阳能路灯的可靠性。太阳能路灯的控制系统采用C8051F330D作为核心器件。其主电路为Buck电路,采用MPPT技术,增强了太阳能光伏电池的转换效率。本论文着重对太阳能路灯控制系统的硬件电路设计,并设置MPPT技术电路的主要器件的参数,对整个路灯控制系统的设计流程进行了分析。 论文综述了太阳能光伏发电及控制技术以及我国在路灯照明应用方面的发展情况。对太阳能光伏电池的输入-输出特性,在不同外界环境的太阳能电池板的输出状况进行了分析对比,结合整个系统的工作能力,对负载选用依据及所选负载参数、蓄电池充放电控制原理进行分析。对采用MPPT技术的小功率光伏发电路灯控制系统做了较为详细的介绍,主要包括MPPT的硬件电路原理及电路中各元器件的参数的选定,以及控制系统中防反接保护、过流保护、信号采集、CPU控制、功率管驱动电路及电源电路等电路设计,还有其它器件的选定和控制器的散热等。也对整个系统的软件设计予以阐述,从CPU的性能、开发工具、主控制程序、MPPT技术控制程序、滤波、稳压、定时、蓄电池充放电控制等程序具体设计逐一分析。论文最后对全文的工作做了总结,对实验数据进行了比较分析,并对太阳能路灯的优缺点进行概括。并对设计的实验结果、实用性进行了总结,并指出本设计中优点与不足,为后续研究提供了参考方向。
上传时间: 2013-06-15
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本文简要介绍了无刷直流电动机的发展历程和未来的发展趋势。通过分析无刷直流电动机工作的基本原理和无刷直流电动机的数学模型,建立了基于Simulink的动态仿真模型。通过对无位置传感器无刷直流电动机转子位置检测算法的分析和磁链与转子位置的相应关系的分析,本文使用磁链关系函数判断转子位置的算法,并基于Simulink建立了算法模型进行仿真分析验证,从仿真得到的结果可知,此位置检测算法是可行的。 @@ 在文中进行了转矩脉动原因分析,并对换相转矩脉动进行补偿。在低速时采用电流滞环进行补偿,高速时采用单斩波调制方式进行补偿。通过对三段式启动方法的分析和结合本文所采用的转子位置检测算法,本文采用两步启动方式,通过仿真分析证明是可行的。分析了经典PID调节算法和专家PID调节算法。对传统PID控制中出现的问题,本文把变参数PID调节算法应用到无位置传感器无刷直流电动机控制上。并建立了仿真模型,进行仿真分析。从仿真分析的结果可知其控制性能优于传统的PID调节算法。 @@ 文中介绍了TMS320LF2407A芯片和IR2130功率集成驱动器的结构和特点。在系统硬件设计中以TMS320LF2407A芯片为核心,设计了控制系统电路、功率驱动电路、电流电压检测电路、功率管过电压保护电路、启动限流电路、转速调节电路。 @@ 在系统软件设计中,主要实现了电机的起停、转子位置计算、转速计算和转速闭环控制的功能。用DSP实现脉冲调制输出和信号采样。 @@关键词:无位置传感器;无刷直流电动机;间接位置检测;磁链关系函数
上传时间: 2013-04-24
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随着技术的发展,基于PLC的控制系统呈现综合化、网络化的发展趋势。为了适应当今PLC课程教学的需要,我们应提供具有现场控制对象的控制层、监控管理层、远程监控层三层结构的实验控制系统,并将组态软件技术、先进的数据交互技术、单片机技术、通信技术集成在控制系统中,构建现代大综合设计性实验系统,以培养全面的高素质的综合性人才。 本文提出了一种多功能、大综合的实验平台的方案和技术实现。本课题由市场占有率高的西门子PLC及其通信网络模块组成,采用具有很高的性价比的系统集成技术,构成了覆盖面较大的全集成的网络控制系统,可提供PPI网络、PROFIBUS-DP网络和以太网等多种网络形式的实验平台;采用多种工业组态软件如Wincc、组态王和MCGS,构成了丰富的上位监控模式;通过OPC技术实现对PROFIBuS-DP网络的远程监控。在此基础上,结合单片机技术、CPLD技术,设计了可自定义I/O口的多路模拟采集卡,扩展了PLC的信息控制功能;采用网络技术,将PLC技术与变频器、步进电机控制相结合,对标准的PLC对象TM2和机械手设备进行二次开发,构成相关的运动控制系统,模拟生产线的控制,展示PLC的运动控制功能;将PLC技术与无线控制技术相结合,实现PLC的无线遥控功能;完成了三菱Q系列PLC与PROFIBUS-DP网络的联网,实现了不同品牌的PLC网络的互联互通。在此基础上,还开发了多个实验程序,展示其丰富的网络构架和综合的实验模式。 系统调试和实验效果表明,该系统接近当今工业技术实践,可为学生的课程设计、毕业设计以及PLC技术研究提供先进的集多种技术于一体的大综合设 计性实验平台。关键词:PLC;业网络;OPC
上传时间: 2013-05-22
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无刷直流电动机利用电子换相器代替了直流电动机的机械电刷和换向器,不但具有直流电机的调速性能,而且体积小、效率高,在许多领域已得到了广泛应用。采用无位置传感器控制技术,不但可以克服有位置传感器的诸多弊端,而且还进一步拓展了无刷直流电动机的应用领域。近些年来,无位置传感器无刷直流电动机控制技术成为大家研究的热点之一。 本课题紧扣研究热点,以方波无刷直流电动机为控制对象,设计了一套无位置传感器无刷直流电动机控制系统。该系统采用TMS320LF2407ADSP芯片作为控制核心,运用反电动势过零点检测原理和预定位与升频升压相结合的启动方法,实现无位置传感器无刷直流电动机的控制。为了提高系统的调速性能,控制方法采用了转速、电流双闭环控制。 首先,本文研究了无刷直流电动机的基本结构、性能、工作原理及数学模型,利用数学模型在Matlab/Simulink环境中建立无刷直流电动机的仿真模型。接着,给出了系统总体的设计方案,对控制系统设计中的几个关键技术--反电动势过零点及其相位补偿原理、启动、单神经元PID转速控制器以及PWM产生电路进行了深入的研究。 然后,根据控制系统总体方案和系统功能要求,进行软硬件设计。在硬件设计中,主要进行了DSP最小系统、电流和转子位置检测电路、IR2130驱动电路等方面电路的设计。在软件设计中,主要设计出了主程序和A/D中断程序。其中,主程序包括DSP系统设置、变量初始化、电机正反转选择、电机启动、速度计算及显示等方面程序;A/D中断程序包括反电动势计算、换相时刻计算、电流转速调节子程序等方面程序。 最后,经实验结果表明,电机启动快速、稳定,具有较宽的调速范围。同时,该系统还具有结构简单、可靠性高等特点,具有广泛的应用前景。
上传时间: 2013-07-08
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