现如今，逆变器的脉冲宽度调制(PWM)技术作为一种最常见的调制方式在交流传动系统中广泛应用。采用PWM调制技术的最终目的在于追求逆变器输出电压、电流波形更接近正弦从而进一步控制负载电机的磁通正弦化。为了达到这些目的，很多种基于PWM原理的调制方法被相继提出并应用。 在铁道牵引调速系统中，逆变装置具有调速范围宽，输出频率变化快等特点，而逆变器本身器件的开关频率又不是很高。这种情况下，分段同步调制模式的使用有效地改善了变频器的输出，达到了减少谐波的目的。本文围绕分段同步调制在交流牵引传动系统中的应用进行研究，主要目的在于解决该调制模式应用中存在的切换点选择、切换震荡冲击等问题。文章详细讨论了分段调制模式下载波比和载波比切换点选取的原则，重点分析了分段同步调制模式下载波比切换点冲击电压的产生原因和危害，提出了改善电压电流冲击的方法，并在搭建的实验平台上验证了理论分析的正确性。此外，本文还对列车高速时载波比极低的极限情况下分段同步调制对变频器输出交流电压和直流回流电流谐波的改善情况进行了理论推导和仿真分析。 论文搭建了用于调制实验的3.7kW小功率电机实验平台，在开环的VVVF调速系统中进行了分段同步调制载波比切换实验；在Matlab/Simulink环境下搭建了分段同步调制模式下的电机牵引模型，进行了分段同步调制载波比切换仿真；实验和仿真结果表明，文章所提出的方法很好地完成了分段同步算法且有效抑制了可能发生的冲击，所得结果验证了理论分析的正确性。
上传时间： 2013-08-04
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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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本课题来源于企业委托开发项目：大功率两电平矢量控制变频器的开发。课题以感应电动机变频调速系统的产品化开发为目标，对感应电动机参数离线辨识技术和控制器进行了研究和试验。本人除了参加整体系统的设计和制作任务外，独立完成了参数离线辨识工作。文章介绍了一种实用的参数离线辨识方法，在综合各种控制策略基础上给出了一套基于DSP的数字化解决方案，通过整机进行了软硬件调试，实现了设计目标。为产品化打下一定的基础。 论文第1章介绍了矢量控制以及坐标变换，分析了电动机参数对矢量控制的影响，通过Matlab仿真了电动机参数变化对变频器输出的影响。 第2章对辨识主要介绍了参数辨识的算法，对感应电机静态数学模型进行了化简，得到各个参数与电压电流之间的关系方程。通过单相直流试验和单相交流试验辨识电动机参数。采用迭代算法计算出非线性方程的数值，还介绍了一种基于电压电流瞬时值计算电动机功率因数的方法。 第3章对控制器进行了研究，对当前比较先进的自抗扰控制，自适应控制，基于非线性的逆控制等控制策略进行了综述。最后对基于PI转速调节器的间接矢量控制系统进行了仿真，并给出了仿真结果。 第4章介绍了实验室自主开发的基于TI公司DSP TMS320F2812的通用交流调速试验装置。根据通用试验装置的设计要求设计了控制板电路，电源板电路，功率板电路等电路，进行了调试，并应用到试验之中，性能达到要求。 第5章介绍了整个系统的功能软件设计和功能试验结果，给出了部分程序流程图和装置的基本功能试验波形。 最后就课题的研究进行了整体总结，为将来的后续研究提出建议。
上传时间： 2013-06-25
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在实际应用中，对永磁同步电机控制精度的要求越来越高。尤其是在机器人、航空航天、精密电子仪器等对电机性能要求较高的领域，系统的快速性、稳定性和鲁棒性能好坏成为决定永磁同步电机性能优劣的重要指标。传统电机系统通常采用PID控制，其本质上是一种线性控制，若被控对象具有非线性特性或有参变量发生变化，会使得线性常参数的PID控制器无法保持设计时的性能指标；在确定PID参数的过程中，参数整定值是具有一定局域性的优化值，并不是全局最优值。实际电机系统具有非线性、参数时变及建模过程复杂等特点，因此常规PID控制难以从根本上解决动态品质与稳态精度的矛盾。永磁同步电机是典型的多变量、参数时变的非线性控制对象。先进控制方法(诸如智能控制、优化算法等)研究应用的发展与深入，为控制复杂的永磁同步电机系统开辟了崭新的途径。由于先进控制方法摆脱了对控制对象模型的依赖，能够在处理不精确性和不确定性问题中有可处理性、鲁棒性，因而将其引入永磁同步电机控制已成为一个必然的趋势。本文根据系统实现目标的不同，选取相应的先进控制方法，并与PID控制相结合，对永磁同步电机各方面性能进行有针对性的优化，最终使其控制精度得到显著的提高。为达到对永磁同步电机进行性能优化的研究目的，文中首先探讨了正弦波永磁同步电机和方波永磁同步电机的运行特点及控制机理，通过建立数学模型，对相应的控制系统进行了整体分析。针对永磁同步电机非线性、强耦合的特点，设计了矢量控制方式下的永磁同步电机闭环反馈控制系统。结合常规PID控制，将模糊控制、遗传算法、神经网络和人工免疫等多种先进控制方法应用于永磁同步电机调速系统、伺服系统和同步传动系统的控制器设计中，以满足不同控制系统对电机动、静态性能的要求以及对调速性能或跟随性能的侧重。实验结果表明，采用先进控制方法的永磁同步电机具有较好的动态性能、抗扰动能力以及较强的鲁棒性能；与传统PID控制相比，系统的控制精度得到了明显提高。研究结果验证了先进控制方法应用于永磁同步电机性能优化的有效性和实用性。
上传时间： 2013-04-24
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永磁同步电机(PMSM)因其无需励磁电流、运行效率和功率密度高,在交流调速系统中被广泛的应用,但PMSM高性能的矢量控制需要精确的转子位置和速度信号来实现磁场定向。在传统控制中,一般采用机械式传感器来检测转子位置和转速,但是机械式传感器存在诸如成本高、可靠性低、不易维护等问题,使得无速度/位置传感器控制技术成为永磁同步电机控制中的热点问题。虽然目前已有较多的研究成果,但是所采用的方法大多是基于电机基波方程的分析,一般不适用于低速甚至零速,并且对电机参数较为敏感,鲁棒性差。本文正是为了解决这个问题,而采用高频信号注入法实现转子位置估算,这种方法适合于低速甚至零速,对电机参数的变化不敏感,鲁棒性强。主要做了如下的工作： 首先详细介绍了永磁同步电机三种基本结构,在建立了旋转坐标系下永磁同步电机数学模型的基础上叙述了其矢量控制原理,分析了各种现有的永磁同步电机无速度/位置传感器控制策略；其次在永磁同步电机矢量控制的基础上详细讨论了旋转高频电压信号注入法与脉振高频电压信号注入法提取转子位置的基本原理,并在此基础上利用MATLAB/SIMULINK仿真工具建立了整个永磁同步电机无速度/位置传感器矢量控制系统的模型,进行了仿真研究,仿真结果验证了控制算法的正确性。最后利用TI公司推出的数字信号处理器DSP芯片TMS320F2812,实现了基于脉振高频信号注入法的永磁同步电机无速度/位置传感器的实验运行,实验结果验证了这种方法适合于低速运行,对电机参数的变化不敏感,鲁棒性强。
上传时间： 2013-06-06
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随着电力电子技术、微处理器技术、控制理论及永磁材料等技术的快速发展，以永磁同步电机作为控制对象的传动领域得到了越来越广泛的关注，随着FPGA的技术的普及和广泛应用，使得各种先进的控制算法得以实现，于是数字化、智能化的永磁交流控制器成为必然的发展趋势和当前的研究热点。本文的主要工作就是围绕数字化的永磁同步电机控制器研究来展开。首先深入研究了永磁同步电机的数学建模方法及电机控制策略问题。在对永磁同步电机的数学模型进行了推导的基础上，在PSIM仿真软件中建立了永磁同步电机的电机模型，提出了一种永磁同步电机传统控制系统仿真建模的新方法。其次对常用的数字脉宽调制方法进行了数学推导，并对滑模控制理论和矢量控制进行了深入的研究分析，将滑模变结构控制应用于永磁同步电机的调速系统中，改善了传统PI控制器参数整定繁琐、系统鲁棒性差的缺点，仿真结果验证了该系统设计方案的优越性。最后在永磁同步电机建模仿真的基础上，根据永磁同步电机控制器的设计要求及FPGA的特点，提出永磁同步电机控制器的的设计方案。按照FPGA模块化设计思想，将整个系统进行了合理的划分，分别对SVPWM、Park变换、SMC、反馈速度测量等重要模块的FPGA硬件实现算法进行了深入的研究。各模块在Modelsim平台上完成功能仿真后并下载到Spartan-3E开发板上完成硬件验证，验证结果表明：永磁同步电机在低速和高速时都能稳定运行，从而证实了本设计方案的可行性。
上传时间： 2013-04-24
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永磁同步电机(PMSM)是一种性能优越、应用前景广阔的电机。永磁同步电机调速系统是以永磁同步电机为控制对象，采用变压变频技术对电机进行调速的控制系统。因其具有能耗低、可靠性高、控制精确等优点，在许多领域得到广泛的应用。然而，转子无阻尼绕组的PMSM的采用变频技术开环运行时，系统不太稳定，电机效率有所下降，转子温升高，易造成钕铁硼永磁体退磁，危及电机安全运行，有时甚至还会出现失步现象，系统无法运行。PMSM控制系统稳定运行控制都是建立在闭环控制基础之上的，因此如何获取转子位置和速度信号是整个系统中相当重要的一个环节。当前，在大多数调速驱动系统中，最常用的方法是在转子轴上安装位置传感器。但这些传感器增加了系统的成本，降低了系统的可靠性和耐用性。因此，在一些特殊及控制精度要求不很高的场合，无传感器控制将会得到广泛的应用。它通过测量电动机的电流、电压等可测量的物理量，通过特定的观测器策略估算转子位置，提取永磁转子的位置和速度信息，完成闭环控制。本文以无位置传感器PMSM控制系统作为研究对象，介绍了永磁同步电机的结构及其数学模型，详细地阐述了空间矢量脉宽调制(SVPWM)技术的理论基础及其波形的产生机制，并对闭环控制策略进行了研究。鉴于数字信号处理器(DSP)TMS320LF2407控制芯片出色的性能和丰富的外设资源，使用该芯片设计了控制系统的硬件系统和软件系统，通过对整个控制系统的试验调试，实现了永磁同步电机的无位置传感器控制。 本文借助于MATLAB建立了永磁同步电机的仿真数学模型，并根据空间矢量脉宽调制的工作原理，构建了永磁同步电机调速控制系统的仿真模型。系统采用αβ定子静止坐标系下的数学模型，依据滑模变结构控制原理，对永磁电机的转子位置角θe和转速ωe进行实时在线估算，不断修正估算位置^θe，控制定子旋转磁场与转子磁场垂直并保持与转子同步旋转，实现电机的闭环调速运行。理论分析和仿真结果表明，所提出的永磁同步电机无传感器控制方法具有较强的鲁棒性和令人满意的性能。
上传时间： 2013-04-24
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永磁同步电机(PMSM)是一种性能优越、应用领域广阔的电机，其传统的理论分析与设计方法已比较成熟。它的进一步推广应用，在很大程度上有赖于对控制策略的研究。实践中，使用通用变压变频(VVVF)变频器来驱动没有阻尼绕组的永磁同步电动机开环运行时，有时电机的运行频率超过某一频率，系统就会变得不稳定，甚至导致系统失步。本文研究了无位置传感器的永磁同步电机的速度控制问题。 论文提出了一种将推广卡尔曼滤波(EKF)原理应用于永磁同步电机无位置传感器调速系统的方法。对永磁同步电机的数学模型和卡尔曼滤波原理作了详细的分析，在dq转子同步坐标系中应用推广卡尔曼滤波算法，对永磁同步电机的转角和转速进行实时在线估计。所选取的滤波算法只需测量电流和逆变器直流母线电压，具有不改造电机、可靠性高和经济耐用的优点。利用在线估计出的转速和电流实现转速电流双闭环的永磁同步电机矢量控制。同时还提出了基于磁饱和原理的永磁转子初始位置的检测方法。针对转子磁场定向方式及矢量控制方案，采用了空间矢量脉宽调制方法对系统进行控制，此方法可以输出任意给定位置的电压矢量，在不增加功率管开关频率和不增加系统复杂性的前提下，明显提高电机的调速性能。 在Matlab6.5环境下进行的系统仿真实验表明，所提出的位置估计算法和控制方法具有优良的转角跟踪特性和速度控制性能，同时系统具有较强的抗负载扰动性能和较好的鲁棒性。实验结果表明本文的方法达到了预期的效果。
上传时间： 2013-04-24
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开关磁阻电机驱动系统(SRD)是一种新型交流驱动系统,以结构简单、坚固耐用、成本低廉、控制参数多、控制方法灵活、可得到各种所需的机械特性,而备受瞩目,应用日益广泛.并且SRD在宽广的调速范围内均具有较高的效率,这一点是其它调速系统所不可比拟的.但开关磁阻电机(SRM)的振动与噪声比较大,这影响了SRD在许多领域的应用.本文针对上述问题进行了研究,提出了一种新型齿极结构,可有效降低开关磁阻电机的振动与噪声.通过电磁场有限元计算可看出,在新型齿极结构下,导致开关磁阻电机振动与噪声的径向力大为减小,尤其是当转子极相对定子极位于关断位置时,径向力大幅度地减小,并改善了径向力沿定子圆周的分布,使其波动减小,从而减小了定子铁心的变形与振动,进而降低了开关磁阻电机的噪声.静态转矩因转子极开槽也略微减小,但对电机的效率影响不大.开关磁阻电机因磁路的饱和导致参数的非线性,又因在不同控制方式下是变结构的.这使得开关磁阻电机的控制非常困难.经典的线性控制方法如PI、PID等方法用于开关磁阻电机的控制,效果不好.其它的控制方法如滑模变结构控制、状态空间控制方法等可取得较好的控制效果但大都比较复杂,实现起来比较困难.而智能控制方法如模糊控制本身为一种非线性控制方法,对于非线性、变结构、时变的被控对象均可取得较好的控制效果且不需知道被控对象的数学模型,这对于很难精确建模的开关磁阻电机来说尤其适用.同时,模糊控制实现比较容易.但对于变参数、变结构的开关磁阻电机来说固定参数的模糊控制在不同条件下其控制效果难以达到最优.为取得最优的控制效果,该文采用带修正因子的自组织模糊控制器,采用单纯形加速优化算法通过在线调整参数,达到了较好的控制效果.仿真结果证明了这一点.
上传时间： 2013-05-16
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步进电机是将电脉冲信号变换成角位移或直线位移的执行部件。步进电机可以直接用数字信号驱动，使用非常方便。一般电动机都是连续转动的，而步进电动机则有定位和运转两种基本状态，当有脉冲输入时步进电动机一步一步地转动，每给它一个脉冲信号，它就转过一定的角度。步进电动机的角位移量和输入脉冲的个数严格成正比，在时间上与输入脉冲同步，因此只要控制输入脉冲的数量、频率及电动机绕组通电的相序，便可获得所需的转角、转速及转动方向。在没有脉冲输入时，在绕组电源的激励下气隙磁场能使转子保持原有位置处于定位状态。因此非常适合于单片机控制。步进电机还具有快速启动、精确步进和定位等特点，因而在数控机床，绘图仪，打印机以及光学仪器中得到广泛的应用。步进电动机已成为除直流电动机和交流电动机以外的第三类电动机。传统电动机作为机电能量转换装置，在人类的生产和生活进入电气化过程中起着关键的作用。步进电机可以作为一种控制用的特种电机，利用其没有积累误差(精度为100%)的特点，广泛应用于各种开环控制。
上传时间： 2013-04-24
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