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速度测量系统

  • 基于卡尔曼滤波算法的永磁同步电机无速度传感器控制研究.rar

    永磁同步电机是同步电机的一个重要类型,其转子一般采用稀土永磁材料做激磁磁极,与传统同步电机相比,体积和重量大为减小,而且结构简单,运行可靠,维护更方便。现代电气传动控制的发展趋势之一是开发新的交流调速与伺服系统。无论在矢量控制还是标量控制中,转速与位置的闭环控制都需要在电机轴上安装一个速度传感器,但是由于速度传感器的引进不仅增加了成本,降低了系统可靠性,还存在安装问题,效果并不十分理想。因此高性能无速度传感器控制成为近年来电机研究的热点。 本文在系统介绍卡尔曼滤波器的基础上,将其引入到永磁同步电机无速度传感器状态观测中。由于永磁同步电机是一个强耦合的多阶非线性系统,本文采用了工程实际中普遍采用的泰勒展开式截断的方法,对电机方程线性化处理,将卡尔曼滤波算法推广至非线性系统,并加入了反映电机系统模型误差和环境干扰的系统噪声和测量噪声模型,形成扩展卡尔曼滤波算法。扩展卡尔曼滤波器将电机转子位置与转速作为系统状态变量进行实时估算,并将所得信息反馈到永磁同步电机控制系统中。通过仿真,与电机实际运行状态进行比较,证明了扩展卡尔曼滤波具有良好的动态跟踪能力和抗噪声能力。 针对扩展卡尔曼滤波算法在无速度传感器控制中存在的不足,本文给出了降阶线性卡尔曼滤波算法。降阶线性卡尔曼滤波算法重新选择了系统状态变量,建立新的完全线性化的系统方程,并且卡尔曼滤波算法中的系统协方差矩阵成为时不变序列,因此可以直接应用线性卡尔曼滤波算法。仿真结果证明,与扩展卡尔曼滤波算法相比,新的算法更加简单,减轻了繁重的参数调节任务,易于数字化实现,不仅具备扩展卡尔曼滤波算法的优势,而且在某些性能方面超越了扩展卡尔曼滤波算法。 通过分析得知,由于将系统模型不确定性与测量噪声体现在系统方程中,因此卡尔曼滤波算法在状态估算方面具有良好的性能。本文以降阶线性卡尔曼滤波 算法为理论基础,以永磁同步电机为对象,以数字信号处理器(DSP)为核心,设计了电机状态观测系统的设计方案。整个方案在不增加成本的基础上,充分利用数字信号处理器(DSP)丰富的资源和强大的运算能力,通过检测电机相电流,实时估算出电机转子位置与转速。本系统可以代替传统速度传感器,为电机控制系统提供转子位置和转速反馈信息。本文的下一步主要工作便是将此系统付诸实践,应用于实际工程中,对卡尔曼滤波算法在永磁同步电机无速度传感器控制方面的性能进行进一步研究。关键词:永磁同步电机;无速度传感器;卡尔曼滤波

    标签: 卡尔曼 滤波算法 永磁同步电机

    上传时间: 2013-04-24

    上传用户:lifangyuan12

  • 异步电机无速度传感器矢量控制系统研究.rar

    异步电机无速度传感器矢量控制技术提高了交流传动系统的可靠性,降低了系统的实现成本。准确辨识电机转速是实现无速度传感器矢量控制的关键。 本文对无速度传感器矢量控制系统进行了研究,建立了异步电动机无速度传感器电压解耦矢量控制系统和基于模型参考自适应(MRAS)的无速度传感器矢量控制系统。基于MRAS的无速度传感器矢量控制系统利用电动机定子电压方程和电流方程得到电动机转速的模型参考自适应辨识算法,在此基础上建立了一个改进的变参数MRAS速度辨识数学模型,并利用Matlab软件对基于该速度辨识模型的无速度传感器异步电动机矢量控制系统在不同的情况下进行了详细的仿真研究。仿真结果验证了该改进的变参数MRAS速度辨识模型具有令人满意的辨识精度和动态性能。 基于MRAS的转速估算理论从本质上来说属于基于电机理想模型的转速估算方案,该方法依赖于电机参数,而电机参数在电机运动过程中变化很大,因而给出了对电机的一些定、转子参数进行实时辨识方法,以保持系统的动、静态性能。 在传统型模型参考自适应系统基础上,将系统中原有的自适应调节机构用一个具有在线学习能力的人工神经网络取代,提出一种基于神经网络的异步电机转速估计方法,并给出了速度估计器的神经网络结构和学习算法。最后对基于神经网络转速估计的异步电机矢量控制系统进行了仿真,结果表明该系统具有良好的性能。 简单介绍了基于DSP的异步电机无速度传感器矢量控制系统的硬件结构以及软件系统的设计。

    标签: 异步电机 速度传感器 矢量控制

    上传时间: 2013-05-30

    上传用户:hakim

  • 基于FPGA的电力系统谐波检测装置的研制.rar

    随着社会的发展,人们对电力需求特别是电能质量的要求越来越高。但由于非线性负荷大量使用,却带来了严重的电力谐波污染,给电力系统安全、稳定、高效运行带来严重影响,给供用电设备造成危害。如何最大限度的减少谐波造成的危害,是目前电力系统领域极为关注的问题。谐波检测是谐波研究中重要分支,是解决其它相关谐波问题的基础。因此,对谐波的检测和研究,具有重要的理论意义和实用价值。 目前使用的电力系统谐波检测装置,大多基于微处理器设计。微处理器是作为整个系统的核心,它的性能高低直接决定了产品性能的好坏。而这种微处理器为主体构成的应用系统,存在效率低、资源利用率低、程序指针易受干扰等缺点。由于微电子技术的发展,特别是专用集成电路ASIC(ApplicationSpecificIntegratedCircuit)设计技术的发展,使得设计电力系统谐波检测专用的集成电路成为可能,同时为谐波检测装置的硬件设计提供了一个新的发展途径。本文目标就是设计电力系统谐波检测专用集成电路,从而可以实现对电力系统谐波的高精度检测。采用专用集成电路进行谐波检测装置的硬件设计,具有体积小,速度快,可靠性高等优点,由于应用范围广,需求量大,电力系统谐波检测专用集成电路具有很好的应用前景。 本文首先介绍了国内外现行谐波检测标准,调研了电力系统谐波检测的发展趋势;随后根据装置的功能需求,特别是依据其中谐波检测国标参数的测量算法,为系统选定了基于FPGA的SOPC设计方案。 本文分析了电力系统谐波检测专用集成电路的功能模型,对专用集成电路进行了模块划分。定义了各模块的功能,并研究了模块间的连接方式,给出了谐波检测专用集成电路的并行结构。设计了基于FPGA的谐波检测专用集成电路设计和验证的硬件平台。配合专用集成电路的电子设计自动化(EDA)工具构建了智能监控单元专用集成电路的开发环境。 在进行FPGA具体设计时,根据待实现功能的不同特点,分为用户逻辑区域和Nios处理器模块两个部分。用户逻辑区域控制A/D转换器进行模拟信号的采样,并对采样得到的数字量进行谐波分析等运算。然后将结果存入片内的双口RAM中,等待Nios处理器的访问。Nios处理器对数据处理模块的结果进一步处理,得到其各自对应的最终值,并将结果通过串行通信接口发送给上位机。 最后,对设计实体进行了整体的编译、综合与优化工作,并通过逻辑分析仪对设计进行了验证。在实验室条件下,对监测指标的运算结果进行了实验测量,实验结果表明该监测装置满足了电力系统谐波检测的总体要求。

    标签: FPGA 电力系统 谐波检测

    上传时间: 2013-04-24

    上传用户:yw14205

  • 基于FPGA的动态光谱数据采集系统.rar

    近红外光谱法是血液成分无创检测方法中的热点,也是取得成果最多的方法之一。但是,个体差异和测量条件是影响近红外光谱血液成分无创检测的一个较突出的问题。而动态光谱法就是针对这个问题而提出的一种全新的近红外无创血液成分浓度检测方法。它从原理上消除了个体差异和测量条件等对光谱检测的影响,为基于近红外光谱法的血液成分无创检测方法进入临床应用去除了一个较为关键的障碍。因此,本文根据动态光谱检测原理设计了基于FPGA的动态光谱数据采集系统。 在分析了动态光谱数据采集系统的性能要求后,采用DALSA的高性能线阵CCD IL-C6-2048C作为光电转换器件;根据CCD输出数据的高速度和信号微弱及含有噪声等特点,选用了高速、高精度、并带有相关双采样芯片的图像处理芯片AD9826作为模数转换器件;以FPGA及其内嵌的NIOSⅡ处理器作为核心控制器,并用LabVIEW对采集得到的数据进行显示。 在FPGA中,利用Verilog HDL语言编写了CCD和AD9826的控制时序;利用两块双口RAM组成乒乓操作单元,实现高速数据的缓存,避免利用NiosⅡ处理器直接读取时的频繁中断。将NIOSⅡ处理器系统嵌入到FPGA中,实现整个系统的管理。NiOSⅡ处理器利用中断方式读取缓存单元中的数据、经对数变换后传递给计算机。其中缓存数据的读取及对数变换均采用自定义组件的方式将硬件单元添加到NIOSⅡ系统中,编程时直接调用。NIOSⅡ系统通过串口将处理后的数据传递给LabVIEW, LabVIEW对数据简单处理后显示,以实时观察采样数据是否正确。 最后对系统进行了实验测试,实验结果表明,系统能够很好的采集并显示数据,能够初步完成光信号的检测。

    标签: FPGA 动态 光谱数据

    上传时间: 2013-04-24

    上传用户:luyanping

  • 基于线阵CCD和FPGA干涉型甲烷测量仪的研究.rar

    近年来,瓦斯事故在煤矿生产事故中所占比例越来越高,给矿工的生产生活带来了极大的灾难,必须加强对瓦斯的监测监控,避免瓦斯爆炸事故。因此对瓦斯气体进行快速、实时检测对于煤矿安全生产及环境保护有特别重要的意义。便携式甲烷检测报警仪是各国应用最早最普遍的一种甲烷浓度检测仪表,可随时检测作业场所的甲烷浓度,也可使用甲烷传感器对甲烷浓度进行连续实时地监测。大体上当前应用的便携式甲烷检测仪器,按检测原理分为光学甲烷检测仪、热导型甲烷检测仪、热催化型甲烷检测报警仪、气敏半导体式甲烷检测仪等几种。 光干涉甲烷检测仪性能稳定、使用寿命长,测量准确,是我国煤矿主要的便携式甲烷检测仪器。但现有的光干涉甲烷检测仪存在自动化程度低、测量方法繁琐、读数不直观,人为误差较大、不能存储数据等缺点。为此本文在干涉型甲烷检测仪实现的原理上提出利用线阵型电荷耦合器件(CCD)对干涉条纹进行非接触式的自动测量,获得条纹信息,通过CCD驱动、高速模数转换、数据采集等关键技术,实现了干涉条纹位移的精确测量,由单片机对量化后的测量信号进行智能处理,数字化显示甲烷含量的测量结果。 光干涉甲烷检测的关键是对干涉条纹中白基线以及黑色条纹位置的检测,本设计采用线阵CCD成像获取条纹信息判别其位置。CCD是一种性能独特的半导体光电器件,近年来在摄像、工业检测等科技领域里得到了广泛的应用。将CCD技术应用于位置测量可以实现高精度和非接触测量的要求;运用FPGA实现CCD芯片的驱动具有速度快、稳定高等优点:模数转换之后的数据没有采用专用存储芯片进行存储,而采用FPGA硬件开发平台和Verilog HDL硬件描述语言编写代码实现数据采集模块系统,同时提高数据采集精准度,既降低成本又提高了存储效率。 本文设计的新系统使用方便、精度高、数据可储存,克服了传统光干涉甲烷检测仪的缺点,技术指标和功能都得到较大改善。

    标签: FPGA CCD 线阵

    上传时间: 2013-06-08

    上传用户:jogger_ding

  • 基于DSP与FPGA的智能绞车系统研究

    在测井过程中,由于测井深度直接影响到其它测井信息的准确性,所以精确的测井深度变得越来越重要。本文针对现有绞车系统的不足(CPU为单片机决定其精度不高、缺少完善的深度校正系统等),首次将DSP与FPGA应用到测井绞车系统中,充分利用FPGA硬件资源丰富、速度快及DSP软件设计灵活的特点,使系统硬件、软件结构更加合理,功能得到增强,性价比进一步提高,从而优化了整个系统,为今后绞车设计提供了新的方法和途径。 本文相对其它绞车系统的设计,主要特点有:设计了比较完善的深度校正模块(深度脉冲校正、根据磁记号与磁定位信号的校正、由张力等原因引起的电缆形变的校正)。将打标和测量一体化。设计了方便的通信接口(校正后的深度脉冲及DSP通过RS232与主测井仪的通信)。使用DSP作为CPU并且配合FPGA作预处理从而提高了测量深度的准确性。电路采用了可编程逻辑器件,提高了电路工作的可靠性,减小了电路板面积。另外,本文在研究电缆绞车系统的同时,对测井的地面信号处理也进行了初步的研究,主要是对趋肤效应的校正做了初步的研究。 本文所完成的是一个完整的测量与打标系统,通过室内与现场实验,得出该系统具有高精度、高智能化等优点。最后,本文对该系统的发展方向作了展望。

    标签: FPGA DSP 绞车 系统研究

    上传时间: 2013-07-08

    上传用户:星仔

  • 基于DSP与FPGA的智能绞车系统研究

    在测井过程中,由于测井深度直接影响到其它测井信息的准确性,所以精确的测井深度变得越来越重要。本文针对现有绞车系统的不足(CPU为单片机决定其精度不高、缺少完善的深度校正系统等),首次将DSP与FPGA应用到测井绞车系统中,充分利用FPGA硬件资源丰富、速度快及DSP软件设计灵活的特点,使系统硬件、软件结构更加合理,功能得到增强,性价比进一步提高,从而优化了整个系统,为今后绞车设计提供了新的方法和途径。 本文相对其它绞车系统的设计,主要特点有:设计了比较完善的深度校正模块(深度脉冲校正、根据磁记号与磁定位信号的校正、由张力等原因引起的电缆形变的校正)。将打标和测量一体化。设计了方便的通信接口(校正后的深度脉冲及DSP通过RS232与主测井仪的通信)。使用DSP作为CPU并且配合FPGA作预处理从而提高了测量深度的准确性。电路采用了可编程逻辑器件,提高了电路工作的可靠性,减小了电路板面积。另外,本文在研究电缆绞车系统的同时,对测井的地面信号处理也进行了初步的研究,主要是对趋肤效应的校正做了初步的研究。 本文所完成的是一个完整的测量与打标系统,通过室内与现场实验,得出该系统具有高精度、高智能化等优点。最后,本文对该系统的发展方向作了展望。

    标签: FPGA DSP 绞车 系统研究

    上传时间: 2013-05-18

    上传用户:黄华强

  • 基于ARM的超声波电机速度位置控制系统研究

    超声波电机(Ultrasonic motors,简称USM)是一种全新原理的直接驱动电机,它利用压电陶瓷逆压电效应激发的超声振动作为驱动力,通过定转子间的摩擦力来驱动转子运动。与传统的电磁电机相比,它具有低速大转矩、无电磁干扰、动作响应快、运行无噪声、无输入自锁等卓越特性,在非连续运动领域、精密控制领域比传统的电磁电机性能优越得多。超声波电机在工业控制系统、汽车专用电器、精密仪器仪表、办公自动化设备、智能机器人等领域有广阔的应用前景,近年来倍受科技界和工业界的重视,成为当前机电控制领域的一个研究热点。 本文主要以行波型超声波电机的驱动控制技术为研究对象,引入嵌入式系统理念,设计并制作了超声波电机的驱动控制系统,并对超声波电机的速度与定位控制做了深入的研究。本文主要研究内容及成果如下: 介绍了超声波电机的工作原理、特点及其应用前景,总结了国内外超声波电机驱动控制技术的发展历史和研究现状,以及今后我国超声波电机驱动控制技术的发展方向,明确了本文的研究内容。 结合嵌入式系统特点及其开发方法,详细介绍了超声波电机嵌入式驱动控制系统的硬件和软件设计过程,并总结了硬件、软件的调试过程。最后,对所设计系统性能进行了实验测试和数据分析。 采用DDS技术解决超声波电机所需要的高频驱动电源和数字控制的问题。本文设计的以ARM控制器为核心,频率、相位、幅值均可调的双通道信号发生器,具有频率和相位差控制精度高的特点。 本文介绍了速度与位置的常用控制策略。设计并搭建了基于增量式PID的速度和基于模糊PID的位置控制系统。速度控制采用增量式PID调节,其控制策略简单、易行,通过实验选择合适的参数能适应一般的控制精度要求。定位控制则采用模糊PID控制策略,该策略将模糊控制不需要精确的数学模型、收敛速度快的特点与PID简单易行、能消除稳态误差的优点相结合,改善了模糊控制器稳态性能,使电机定位控制精度达到0.0880。

    标签: ARM 超声波 电机 位置控制

    上传时间: 2013-07-16

    上传用户:wdq1111

  • 电动机构用稀土永磁无刷直流电动机控制系统研究

    该文着重研究了稀土永磁(REPM)无刷直流电动机(BLDCM)的高性能控制技术.在全面分析了稀土永磁无刷直流电动机的结构特点、工作原理、运行方式以及外部特性的基础上,通过系统建模和数字仿真分析,分别针对航空低压直流(LVDC)和高压直流(HVDC)两种电动机构用永磁无刷电动机,在小范围转速连续调节下的闭环稳速控制技术进行了详细理论研究,提出了利用转子位置传感器信号间接测量电机转速进行电机转速闭环稳速控制的策略.同时就两套无刷直流电动机控制器的硬件电路和软件程序问题进行了重点工程设计,采用了高性能的AT89C2051和AT89C51单片机作为微处理器,用数字软件技术对电机进行调速和转速闭环控制,使电机在一定范围内能够进行精确调速和速度稳定控制.通过优化设计、软硬件结合,实现了控制器小型化,提高了控制器可靠性,减小了体积与重量.永磁无刷直流电动机控制器样机的测试结果表明:电机转速可在要求范围内连续调节,在几乎三倍的额定转矩范围内,电机转速在设定值下可保持高于指标精度的稳定工作,控制器之间通用性强、散热可靠.

    标签: 电动 机构 无刷直流电动机 控制

    上传时间: 2013-07-03

    上传用户:chens000

  • 无传感器矢量控制系统及其速度估算的研究

    交流电动机是一个多变量、高阶、强耦合的非线性系统,不象直流电机那样易于控制转矩,采用矢量控制技术可解决传统交流调速的难题,使交流电机可以按直流电机的控制规律来进行控制,而无传感器矢量控制技术由于可以省去速度传感器,使相应的交流调速系统变得简便、廉价和可靠,所以成为当前研究的热点,本论文工作就是这方面的一个尝试。 论文首先介绍了矢量控制技术的基本理论。对感应电动机在三相静止坐标系下强耦合和互感变参数的数学模型,通过坐标变换,导出感应电机在两相同步旋转坐标系下的数学模型,然后将同步坐标系按转子磁场定向,实现了对转子磁链和转矩的分别控制,从而可以按直流电机的控制规律来控制交流电机。 其次,论文基于同步轴系下的感应电动机电压磁链方程式,提出了一种感应电动机按转子磁场定向的矢量控制方法,利用在同步轴系中T轴电流的误差信号实现对电机速度的估算,这种速度估算方法结构简单,有一定的自适应能力。同时在该无传感器矢量控制系统中,由于采用了经典的PI调节器,使得控制系统更为简单易行。 论文利用MATLAB建立了该无传感器矢量控制系统的仿真模型。为提高系统的适应性和仿真结果的准确性,仿真模型采用了标么值系统,并考虑了控制周期和采样信号周期对仿真结果的影响。讨论了离散控制引起的相位补偿问题,使仿真结果更接近实际工程系统。 最后,通过仿真进一步验证了本文提出的无传感器矢量控制系统的正确性和可行性,也证明了速度估计模型对速度估计准确,且对参数的变化有较强的鲁棒性。

    标签: 无传感器 矢量控制系统 速度

    上传时间: 2013-06-02

    上传用户:libinxny