本文的主要工作是设计与开发了用于机床主轴直接驱动的全数字化永磁同步电动机矢量控制系统的软硬件平台，并利用该平台进行了仿真和实验研究，仿真和实验结果验证了该系统设计方案的可行性。 首先，详细阐述了坐标变换理论，根据永磁同步电动机的本体结构推导了其在各坐标系下的数学模型，深入研究了永磁同步电动机的矢量控制原理和id=0控制策略，此外对空间电压矢量脉宽调制(SVPWM)的基本原理和特性进行了研究。 其次，采用MATLAB软件建立了电机系统的仿真模型。整个仿真系统包括PMSM模块、Power Module模块、测量模块、坐标变换模块、电流、转速调节模块和SVPWM模块等。仿真结果验证了矢量控制和SVPWM技术应用于本系统的可行性，同时为系统平台设计提供了理论依据。 再次，为了提高系统的动静态特性和减小转动脉动，采用DSP TMS320F2812为核心进行了永磁同步电动机全数字矢量控制系统的软硬件设计。系统硬件包括电流检测、速度检测、显示电路、驱动电路、主电路和系统保护电路等；系统软件由DSP编程实现，采用基于id=0的转子磁场定向矢量控制方法，完成对永磁同步电动机的解耦控制。速度调节器和电流调节器采用常规PI控制算法，逆变器采用SVPWM控制策略。同时，给出了系统各模块的软件流程图，包括系统初始化程序、速度和电流调节程序、SVPWM的实现以及功率驱动保护等子程序等。 最后，在实验平台上做了大量深入的实验研究工作，并对试验波形做了深入分析。结果表明，该系统具有能够响应速度快，低转速运行平稳和抗干扰能力强等优点，可以满足主轴直接驱动要求。
上传时间： 2013-05-18
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电动机在工农业生产中被广泛应用，但是其高故障率对工农业生产造成巨大的经济损失。因此，在分析传统电动机保护装置不尽完善的基础上，研制功能完善、可靠性高的电动机保护装置已经成为必要。 本文在查阅了大量文献资料的基础上，介绍了微机保护的发展历史、技术特点和发展方向，结合实际科研课题，在理论联系实际的基础上，设计并实现了硬件以TMS320F206处理器为核心，软件以傅氏算法为核心的新型电动机微机保护测控系统。 文中首先运用对称分量法对电动机的三相短路、两相短路、单相接地短路和断相等常见对称和不对称故障进行了分析，在结合电动机微机保护原理的基础上，提出了可靠性高、实用性强的电动机微机保护方案。然后根据微机保护系统的快速、准确的发展趋势和DSP数字信号处理芯片的特点，设计并实现了一种DSPTMS320F206+单片机8051双CPU结构的电动机微机保护测控装置。DSP作为主CPU芯片主要完成数据采集、数据处理和保护等功能，8051作为从CPU主要完成键盘处理、液晶显示处理和通讯等人机对话功能。此双CPU结构具有并行工作、分工合作的优点，既保证了继电保护的速动性、选择性、灵敏性和可靠性，又实现了实时测量的高精度。文中对此装置硬件系统的设计进行了详细的分析，并结合对微机保护数据处理算法和电动机微机保护原理的研究，设计了保护装置的软件系统，二者都采用了模块化的结构设计方法，可移植性强。 通过对设计成的保护装置样机进行调试和分析，初步验证了系统硬件部分和软件部分设计的正确性；通过静态模拟实验，初步验证了保护装置的可靠性。
上传时间： 2013-05-29
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隔离升压DC-DC变换器在电动汽车、储能系统、可再生能源发电以及超导储能系统等领域有广阔的应用前景。本文以隔离升压全桥变换器(Isolated Boost Full Bridge Converter,简称IBFBC)为研究对象，针对隔离升压型变换器的拓扑结构、起动问题、隔离变压器漏感问题、软开关问题和输入电感磁复位问题等进行了系统深入的研究，解决了这一类拓扑所共有技术问题。 提出了隔离升压DC-DC变换器拓扑族，分析比较了各种拓扑的特点，确定了以IBFBC为研究对象。对IBFBC进行了详细的稳态分析和小信号建模分析，为其分析、设计和搭建实验平台提供了电路理论基础。 理论上分析了IBFBC起动时存在电流冲击的原因。提出了二种数字化软起动方案，该方案对主电路进行了改造，利用DSP能灵活产生PWM波的特点采用了新的控制策略，成功实现了该系统的软起动。 理论上分析了IBFBC隔离变压器漏感引起功率开关管关断电压尖峰的原因，采用了有源箝位的方法，有效的解决电压尖峰问题。提出了带有源箝位IBFBC的九种PWM控制策略，提出了一种控制型软PWM方法，在不增加主电路元器件的基础上，通过控制PWM的发生方法，实现了有源箝位功率开关管和桥臂功率开关管的零电压开通。 从理论上分析了IBFBC输入电感磁复位问题。在正常停机时提出了一种数字化软停止的方法，控制变换器由Boost工作状态逐渐过渡到Buck工作状态，让输入电感存储的能量逐渐释放掉，最后停止工作。对于故障保护停机，采用了绕组磁复位的方法，把输入电感设计成反激式变换器形式，突然停机时，电感中存储的能量通过反激式绕组释放到输出端，这样保护了变换器不会损坏。 给出了主电路关键器件参数的设计方法，设计了以DSP-TMS320F2407为核心的数字控制单元，编写了DSP控制程序和CPLD逻辑处理程序。研制了一台输出功率5KW，输入电压直流24V，输出电压直流300V的IBFBC,通过全面的性能实验验证了理论分析和仿真结果。 本文立足于IBFBC的关键技术要求，并充分考虑工程应用中的实际因素，进行了理论分析和实验研究，为实际系统方案设计提供理论依据，并已经在实际应用中得到验证。
上传时间： 2013-04-24
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矢量控制作为一种先进的控制策略，是在电机统一理论、机电能量转换和坐标变换理论的基础上发展起来的，具有先进性、新颖性和实用性的特点。它是以交流电动机的双轴理论为依据，将定子电流矢量分解为按转子磁场定向的两个直流分量：一个分量与转子磁链矢量重合，称为励磁电流分量；另一个分量与转子磁链矢量垂直，称为转矩电流分量。通过控制定子电流矢量在旋转坐标系的位置及大小，即可控制励磁电流分量和转矩电流分量的大小，实现像直流电动机那样对磁场和转矩的解耦控制。本文研究的是以TMS320LF2407ADSP和FPGA为控制核心的矢量控制变频调速系统。 分析了脉宽调制和矢量控制的原理与实现方法，从而建立了异步电动机的数学模型。对于矢量控制，分析了矢量控制的基本原理和控制算法，推导了三相坐标系、两相静止与旋转坐标系下的电机基本方程和矢量控制基本公式。同时在进行相应的坐标变换以后，得到了间接磁场定向型变频调速系统的矢量控制图，并结合TMS320LF2407ADSP完成了具体的实现方法，根据矢量控制的基本原理，设计了一种基于DSP和FPGA的SVPWM冗余系统。 在硬件方面，以TMS320LF2407ADSP和EP1C12Q240FPGA为控制器，两者之间通过双口RAMIDT7130完成数据的交换，并能在一方失控时另一方立即产生SVPWM波形。同时完成无线遥控、速度给定、数据显示以及电流、速度检测和保护等功能，也对变频调速系统的主电路、电源电路、FPGA配置电路、无线遥控电路、LCD显示电路、保护电路、电流和转速检测电路作了简单的介绍。在软件方面，给出了基于DSP的矢量控制系统软件流程图，并用C语言进行了编程。用硬件描述语言Verilog对FPGA进行了编程，并给出了相关的仿真波形。MATLAB仿真结果表明，本文研究的调速系统的矢量控制算法是成功的，并实现了对电机的高性能控制。
上传时间： 2013-07-09
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永磁同步电机(Permanent Magnet Synchronous Motor)因功率密度大、效率高、过载能力强、控制性能优良等优点，在中小容量调速系统和高精度调速场合发展迅速。但由于永磁同步电机的磁场具有独特的交叉耦合和交叉饱和现象，且其控制系统是一个强非线性、时变和多变量系统，要实现高精度调速就需对其控制策略进行深入研究。 永磁同步电机调速系统中，位置传感器的存在使得系统成本增加、结构复杂、可靠性降低，所以永磁同步电机的无位置传感器控制成为一个新的研究热点。本文拟借助于神经网络良好的逼近能力，实现永磁同步电机的无位置传感器控制。 人工神经网络(Neural Network)可以逼近任意复杂非线性映射，具有很强的自学习自适应能力，十分适合于解决复杂的非线性控制问题。其中，BP神经网络是目前广泛应用的神经网络之一，得到了较为深入的研究，其结构简单，需要离线确定的参数少、泛化能力强、逼近精度高、实时性强，采用BP神经网络实现永磁同步电机的调速控制具有重要意义。 文中提出了基于BP神经网络的永磁同步电机自适应调速控制策略，建立了一种包含辨识网络和控制网络的双神经网络结构控制系统。辨识网络在线动态辨识系统输出并对控制网络参数进行调整，控制网络与PI控制方法相结合实现永磁同步电机自适应转速控制。仿真结果表明，该系统动态响应快、实时性较强、精度较高。 文中提出了一种基于混合训练算法的BP神经网络永磁同步电机无位置传感器控制方法。采用混沌优化和梯度下降法相结合的混合算法对BP神经网络进行离线训练后，将其用于永磁同步电机的转子位置角在线估计。结果表明，该训练算法可以有效地加快神经网络收敛速度，且估计的转子位置角误差较小、精度较高。 文中建立了以TMS320F2812芯片为核心的永磁同步电机调速控制系统，并进行了相应的软硬件设计，为实现永磁同步电机的各种控制策略奠定了实验基础。DSP控制系统为神经网络训练提供样本，为研究永磁同步电机的自适应调速控制和转子位置角估计创造了条件。
上传时间： 2013-07-03
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在目前全球能源危机和温室效应越来越严重的情况下，电动车(Electric Vehicle)以其无污染、低噪声、效率高，便于操作等优点，越来越受到人们的青睐。本课题与华中科技大学辜承林教授联合，为苏州益高电动车辆制造有限公司设计旅游车无刷电机驱动系统。课题结合现代CPU技术、数字技术和电力电子技术，设计了一款以无位置传感器无刷直流电机为动力的大功率汽车轮毂驱动控制器。 本课题采用辜老师设计的“横向磁通无刷直流电动机”为控制对象。本文首先分析了无刷直流电机的数学模型和无位置传感器的反电势过零点检测的基本原理，从整体上对控制系统的各个方面进行了讨论并确定了整体设计方案。在课题中，本人采用DSP 2407A作为控制核心，以功率MOS管为逆变器件，研制出系统硬件，用C语言编制了系统软件。鉴于该课题在大电流等级的无刷直流电机应用中，国内外尚无先例，本项目在开发实验中，对无位置传感器无刷电机的起动和反电势过零检测作了大量的研究工作，取得许多有益的科研实践经验。通过对电机的起动过程和位置检测方法进行的一些有效改进措施，使得电机达到较好的运行性能和操控特性。 实验结果表明本项目设计方案有效可行，研制的无位置传感器无刷直流电机控制器达到设计的预期基本性能指标。
上传时间： 2013-04-24
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无刷直流电机是一种性能优越、应用前景广阔的电机，应用传统的控制理论对其进行控制系统设计、分析的技术已经相对成熟，在此基础上研发出的各种调速系统已经在工业生产中获得广泛应用。因此，无刷直流电机的进一步推广应用，在很大程度上依赖于对一些先进控制策略的研究。 为了改进无刷直流电机调速系统的控制性能，本文基于灰色控制理论建立了无刷直流电机灰色PID控制调速系统模型。常规的PID控制以其结构简单、可靠性高、易于工程实现等优点至今仍被广泛采用。在系统模型参数变化不大的情况下，PID控制性能优良，但无刷直流电机是一种多变量、非线性的控制系统，传统的PID控制器难以克服电机自身参数不确定和扰动带来的转速偏差问题，无法实现精确快速的控制。灰色控制器是在继承经典PID控制器不依赖于对象模型优点的基础上，通过改进经典PID固有缺陷而形成的新型控制器，性能优良并且算法简单。该控制器设计不需要建立电机的精确数学模型，对参数变化和负载扰动不敏感。系统较好地实现了给定速度参考模型的自适应跟踪，结构简单，能适应环境变化，具有较强的鲁棒性。 本文以灰色系统理论为基础，把无刷直流电机的数学模型分为确定部分与不确定部分，对被控对象的不确定部分建立灰色模型，进行灰色预估补偿，使控制系统的灰量得到一定程度的白化。对所提出的无刷直流电机灰色PID控制调速系统进行了仿真，对仿真结果给出理论分析；以TMS320F2812型DSP为核心控制器建立了无刷直流电机调速驱动系统。仿真和实验结果表明，基于灰色PID控制算法的无刷直流电机调速系统受电机参数变化影响较小，具有较高的控制精度和鲁棒性，表现出优良的动、静态性能。
上传时间： 2013-04-24
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混合动力电动汽车(HEV)作为降低城市汽车尾气污染、减少油耗和调整能源结构的行业新技术，前景十分广阔，日益受到人们的关注，其开发也成为新的热点。驱动电机及其控制系统是HEV的核心部分，其性能的优劣很大程度上决定了车辆的动态性能，因此对其进行研究具有重要的理论意义和应用价值。 本文主要研究混合动力车用交流驱动电机控制系统，以高性能的数字信号处理器(DSP)为核心，采用转子磁链定向矢量控制(FOC)算法，设计了一种基于DSP的交流驱动电机控制器。主要研究内容如下： 首先，在分析国内外研究状况和比较几种常用驱动电机的基础上，结合HEV对驱动电机的特性要求，选择交流异步电机作为HEV的驱动电机和基于转子磁链定向的矢量控制技术作为系统开发方案。 其次，以交流异步电机的动态数学模型为基础建立了转子磁链位置的电流计算模型，实现交流电机转矩和励磁电流分量的有效解耦。结合矢量控制理论及电压空间矢量脉宽调制(SVPWM)技术给出了混合动力车用驱动电机矢量控制系统结构框图。 最后，以一台5kw异步电机作为控制对象，搭建了系统主电路。系统控制电路以TMS32OLF2407A DSP为核心，由电流、电压及速度等检测模块和CAN总线通信模块组成。系统以CCS2集成开发环境为平台，采用汇编语言编程，设计了基于DSP的矢量控制具体的软件实现方法，实现了全数字化的HEV驱动电机矢量控制系统。论文给出了驱动电机运行的调试结果并进行了分析。 实验表明该控制系统响应速度快，电压利用率高，动态性能好，能够满足HEV对驱动电机动态和静态性能的要求，对开发出低成本、高性能的电机驱动控制系统具有实用价值。
上传时间： 2013-07-06
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超级电容器是一种具有高能量密度的新型储能元器件，它可提供超大功率并具有超长的寿命，是一种兼备电容和电池特性的新型元件，在混合动力电动车、脉冲电源系统和应急电源等领域具有广泛的应用前景。对于大功率储能系统来说，为了满足容量和电压等级的需要，一般是由多个超级电容器串联和并联的组合方式构成。然而超级电容器在串并联使用时，单体电容器参数的分散性是制约其寿命和可靠性的主要因素。因此，为了提高储能效率，对超级电容器组合进行电压均衡管理具有十分重要的意义。 本文针对超级电容器串联使用时充电电压的均衡问题，对超级电容器组充放电均衡技术进行了研究，通过对现有均衡技术的分析和讨论，确定采用单电容均压方案，并利用DSP控制技术，设计了一个基于DSP控制的超级电容组电压均衡系统，解决超级电容器串联电压均衡问题。该系统主要由参数采集、PWM信号输出、开关网络控制等部分组成。系统以DSP为控制核心，采用了一只电解电容器作为中间电容传递能量，通过实时电压、电流及温度监测将采集到的信号，经A/D转换器后，送入DSP处理，系统根据得到的电压、电流信息判断电容的充放电状态，控制PWM信号的输出，进而驱动开关网络的切换，使能量在单体电容器之间快速传递，从而实现均压控制。最后，对该系统进行了仿真和实验研究，通过对上述数据的分析比较可以看出，采用此种方案进行均衡后，超级电容组单体的电压在充电过程中达到了较好的一致性。 本文设计的超级电容组电压均衡系统用于串联超级电容组的充放电均衡控制，既可实现静态均衡也可实现动态均衡。与其他均衡方案相比，该系统具有电压均衡速度快，均衡效果好的优点。
上传时间： 2013-04-24
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步进电动机是工业控制中常用的一种电机，其最大的优点是可以进行开环控制，无需位置和速度传感器，并且具有很高的精度，因而在办公设备和数控系统中获得了广泛的应用。混合式步进电机综合了反应式和永磁式步进电机的优点，具有很高的效率和运行精度，性能优异，是本文的研究对象。然而，采用传统控制方法进行开环控制的步进电机，运行噪声大、易振动，严重时将导致失步。 实践证明，细分控制可以有效的减小步进电机运行中的振动和噪声，增加电机运行的平稳性。由于混合式步进电机的运行原理类似于同步电机，因而可以借鉴同步电机先进的控制方法来控制混合式步进电机。本文将同步电机常用的矢量控制应用到混合式步进电机控制中，实现了混合式步进电动机步距角的任意细分控制，取得了良好的效果。 文章分析了三相混合式步进电动机的工作原理，在忽略一些非线性因素的前提下，建立了三相混合式步进电机理想的数学模型，并根据数学模型提出了相应的控制方案。 以数字信号处理器TMS320LF2403A为核心，设计了三相混合式步进电机驱动器的硬件和软件。数字PI调节器和空间矢量PWM技术是本控制系统的核心，文中详细介绍了PI调节器和空间矢量PWM的原理及数字化实现。 最后介绍了系统的实验装置。实验结果证实了控制方案的可行性，也表明了本课题设计的控制器具有优良的性能。
上传时间： 2013-08-05
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