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[硕士论文] 王猛
电气工程 安徽理工大学 2018(学位年度)
摘要:开关磁阻电机(Switched Reluctance Motor,简称SRM)因结构简单、控制方式灵活,且定、转子材料不需要稀土资源,已经被广泛运用于各种工业,并表现出广阔的市场潜力和应用前景。它具有稳定、高效的驱动性能,现在越来越多的被运用到电动汽车领域。SRM拥有双凸极的特殊结构和开关形式的供电方式,以及运行时磁路更加饱和,使其转矩脉动较大。这限制了SRM的发展及应用,也使转矩脉动的抑制成为SRM领域的研究热点。针对SRM转矩脉动问题,研究人员提出了多种控制理论和算法,如模糊控制,滑模控制等,但都有一定的不足。
  本课题在阅读文献的基础上,了解SRM发展概况及应用研究方向,阐述SRM转矩脉动抑制的研究现状,分析SRM的基本结构和工作原理,推导出SRM的基本方程,并对SRM的模型和基本控制策略进行了简要介绍。
  针对SRM转矩脉动较大的问题,本文采用了一种基于转矩分配函数的SRM直接瞬时转矩控制方法。所用方法用有限元计算法对SRM进行建模分析,得到SRM的转矩-电流-转子位置角的特性曲线后,通过选取合理的转矩分配函数,设定开关状态,用转矩闭环代替间接控制中电流闭环来进行实时转矩计算,并把合成瞬时转矩分解为每相转矩,并与每相实时转矩相比较,进行转矩滞环控制。最后在MATLAB/Simulink中进行仿真验证,并与传统方法做仿真对比,通过仿真结果及对比证明所用方法通过合理的分配转矩,能够实现对转矩脉动的有效抑制,提高系统的稳定性。
[硕士论文] 徐启超
电气工程 安徽理工大学 2018(学位年度)
摘要:永磁同步电机(PMSM)凭借高性价比,高精度,高功率因数的优点,在高性能要求的伺服传动系统中广泛应用。它以稳定、高效的驱动性能,越来越多的被运用到电动汽车领域。传统的永磁同步电机采用编码器、旋转变压器等机械传感器来获取电机转速和转子位置信息,不仅增大了电机整体体积和重量,而且有损系统的实用性、稳定性和可靠性,同时限制了在某些恶劣场合的应用。为了克服机械传感器带来的劣势,无位置传感器控制应运而生。本文主要以表面式永磁同步电机为研究对象,具体工作如下:
  本文首先介绍无位置传感器控制技术的研究现状,对中高速和低速范围的控制策略进行了详细介绍,建立了永磁同步电机在不同坐标系下的数学模型。以此,建立了永磁同步电机速度、电流双闭环调速系统。
  其次,介绍了滑模观测器法和高频信号注入法的基本原理。系统在中高速域时使用滑模观测器法,探讨了滑模变结构控制及传统滑模观测器的原理,针对传统观测器存在的抖振、速度估算不精确以及相位延迟等问题进行改进处理。在MATLAB中对传统与改进的滑模观测器仿真对比分析,证实了改进型滑模观测器估算转子位置和速度精度更高,观测效果更好。系统在低速域时使用脉振高频电压注入法,根据该算法原理进行转子初始位置检测并根据磁路饱和原理改善转子位置观测器的控制性能。
  最后,基于单一的控制策略无法实现全速域的无传感器精确控制,本文将改进型滑模观测器和脉振高频信号注入法相结合,利用加权函数对两种控制策略进行切换,实现转子位置与转速双闭环控制。仿真结果表明在切换区间内速度波形无明显波动,达到平滑过渡的目的。验证了控制算法的正确性和有效性。
[硕士论文] 周忠原
电气工程 安徽理工大学 2018(学位年度)
摘要:随着工业社会的不断发展,电动机已经成为当前社会不可或缺的工具。但是,如果电动机出现故障,将会大大影响工业生产的质量以及电网的正常运行,甚至造成人员伤亡。所以,研究能够自动监控和保护电动机的装置是十分必要的。在各类电动机中,以异步电动机应用最为广泛,因此本文的研究对象是异步电动机的测控保护装置。
  针对目前一些测控保护装置故障类型判别准确度不高,存在保护配合不合理等问题,本文分析了对称故障和不对称故障的特征量,研究了各类保护的工作原理,设计了保护判据的整定值和保护动作原理框图。本文采用全波傅里叶算法提取电压、电流、负序电流和零序电流的基波幅值,设计了保护判据的算法,针对算法运算精度和速度之间的矛盾,研究了递推傅里叶算法,理论上,递推傅里叶算法在保证计算精度的前提下提高了响应速度。
  针对目前测控保护装置存在的硬件缺陷,本文设计了测控保护装置的硬件的电路,主要包括处理器电路、信号采集电路、电源电路、开关量输入/输出电路和人机交互模块等。设计了处理器需要的时钟电路、电源电路、外扩EEPROM等,选择DS1305芯片作为实时时钟电路,保证系统时间的准确性同时可以存储重要数据;设计了7路信号采集电路分别采集电压、电流和零序电流,外扩了8通道、16位的A/D转换芯片AD7606提高系统的采样精度;设计了4按键的按键输入系统,节省了系统资源。
  针对需要实现的保护功能,本文在嵌入式操作平台μC/OS-Ⅱ,按照多任务的思想设计了测控保护装置的软件部分,并将其划分为6个任务优先级,分别是故障保护任务、信号采样任务、信号处理任务、数据通讯任务、按键输入任务和显示任务。
[硕士论文] 尹雪雪
电气工程 安徽理工大学 2018(学位年度)
摘要:随着工业的发展,异步电机的地位越来越重要,几乎被用各个领域,毫无疑问,异步电动机为我们的日常生活提供了最为广泛的机械动能和电能。一旦电机发生故障,我们日常的生产生活必会受到影响,如若故障严重,则会引发重大的工业事故,导致人员伤亡等状况的发生。因此,及时发现电机的故障并进行维修是非常必要的。本文建立了一个基于Android平台的电机故障诊断系统,综合了以Android为操作系统的智能终端和便携式下位机采集器二者的优势,在Android故障诊断客户端利用支持向量机算法进行电机故障的分类建模,用户可通过Android终端设备随时查看电机运行状态的诊断结果,真正实现了诊断的便捷性,具有一定的实用价值。具体包括如下研究内容:
  首先,本文依据电机的电磁理论,通过对电机的转子断条、定子匝间短路、转子偏心和轴承故障这四种故障机理进行分析,确定了以电机定子电流信号频谱为依据的特征分量。并利用支持向量机算法对特征分量建立故障诊断的建模,为了进一步提高分类的准确率和诊断的时间,本文又在该算法的基础上提出了交叉验证的方式以及遗传算法和粒子群算法进行参数c/g的优化,分类的准确率达到了98.667%,并通过MATLAB对采集到的故障数据进行了仿真验证。
  其次,设计本系统的下位机采集器,下位机是基于STM32实现的,包括软件和硬件两大部分,在AD15(altium designer15)软件平台上实现硬件电路的设计,硬件的选择和设计部分主要包括电源电路、信号采集与调理电路、A/D转换电路、蓝牙通信电路等。软件部分的设计采用了KEIL uVision5软件进行编程,主要对FFT算法、数据采集和通信等程序进行设计。搭建出了下位机数据采集系统的整体模型。
  最后,对电机故障诊断系统的Android客户端进行模块设计,包括蓝牙通信模块,用户登录模块,Service后台采集模块、电机状态数据分析模块、电机状态数据存储模块和电机运行状态显示模块。最终完成了基于Android平台的电机故障诊断系统的整体设计。
[硕士论文] 王海
控制工程 安徽理工大学 2018(学位年度)
摘要:随着人类社会的不断进步,工业化进程的不断加快,世界各地对能源的需求量急剧上升。为了更好地解决能源问题,发展区别于传统能源形式的新能源势在必行。风能作为一种高效的,可利用新能源,备受人们的关注。
  风力发电机组作为风能转换为电能的载体,无论是机组的自身技术问题,还是生产过程中存在的制造问题,都非常有研究的必要。本文选择双馈异步风力发电机的变桨距控制系统作为研究对象,希望对变桨距控制系统进行改进,从而提高风力发电机组的发电效率和电能质量。
  对于目前变桨距控制系统而言,采用的核心算法仍旧是常规PID算法,这种算法虽然能基本满足机组需要,但也存在着许多问题。本文在此基础上,提出基于膜计算的自整定PID算法,旨在提高变桨距控制系统的性能,为机组的稳定可靠运行提供保障。
  基于膜计算的自整定PID算法,是在常规PID的基础上,引入膜计算模型,利用膜计算的优势,提高PID三参数整定的速度和准确率,为系统提供更加匹配的比例系数、积分时间和微分时间。
  本文采用理论与验证相结合的方式进行研究。首先,对双馈异步风力发电机组建立有效的数学模型。其次,对机组的变桨距控制系统进行深入地探讨,在原有的基础上提出基于膜计算的自整定PID控制器。再对基于膜计算的自整定PID控制器进行详细地设计和验证。最后,以双馈异步风力发电机组的数学模型为依托,对基于膜计算的自整定PID控制器进行仿真实验,并对仿真结果进行讨论。
[硕士论文] 李景忠
电气工程 安徽理工大学 2018(学位年度)
摘要:随着步进电机驱动技术的进步与发展,步进电机因具有体积小、性价比高、控制精准且无累积误差等优势被广泛应用在工业自动化等领域。同时这也对步进电机的运行性能提出了更高的要求。由于采用传统的步进电机驱动技术,步进电机只能以整步或半步方式运行,并需要专门的脉冲驱动电源供电。这种驱动方式控制精度低,容易出现低频振动和噪声,存在累计误差,限制了其应用领域。因此,为了适应社会的发展和实际生产生活的需求,解决步进电机运行时步距角过大,分辨率不高的问题,催生了新型步进电机驱动技术,即细分驱动技术,该技术的原理是通过精准控制步进电机励磁绕组中的电流,使步进电机励磁绕组中的电流由方波式投入或切除变为阶梯波式投入或切除,其内部的合成磁场矢量成圆型旋转磁场,这样不仅可以提高步进电机的控制精度,使其运行更平稳,而且可以明显降低低频时的振动和噪声。
  针对步进电机驱动系统存在的上述不足,本课题在分析两相混合式步进电机的工作原理和数学模型,并重点分析细分驱动技术的基础上,提出采用细分驱动结合斩波恒流驱动和H桥驱动的方式,设计实现集控制驱动于一体并支持256细分的多细分高精度的步进电机细分驱动系统;系统以STM32为控制核心,TC1005为驱动核心组成步进电机细分驱动系统。除此之外,还利用LabVIEW软件开发了适应此系统的上位机界面,可实时与控制器数据通信,实现智能化调控步进电机运行。
  通过利用MATLAB软件的Simulink仿真工具搭建两相混合式步进电机细分驱动仿真模型并进行仿真,同时基于设计的系统硬件电路搭建实物实验平台进行测试,结果表明,实验测试与理论仿真波形基本相同,通过上位机界面能够实时调控步进电机运行状态,系统最高支持256细分,控制精度高,无需传感器可实现堵转检测,运行平稳,振动和噪声小,具有广泛的工业和商业应用价值。
[硕士论文] 张晔
电气工程 安徽理工大学 2018(学位年度)
摘要:永磁同步电机具有结构简单,效率高,可控性好等诸多优点,如今已经逐步取代了异步电机,被广泛的应用在航空航天、风力发电等领域中。电机的使用寿命和可靠性是影响整个驱动系统整体故障率的主要因素,因而对电机寿命的研究一直是全世界电机科研领域的重点。在永磁同步电机的运行过程中,定子绕组线圈过热是影响电机寿命的主要原因,当永磁同步电机定子绕组温度高于其设计极限时,温度每升高10℃永磁同步电机的寿命会减少大约50%。因此,对永磁同步电机定子绕组温度检测的研究具有重要意义。
  本文针对永磁同步电机运行时定子绕组温度升高的问题,结合了空间矢量直接转矩控制(SVM-D TC)理论,提出了一种基于信号注入的电机温度检测方法。根据永磁同步电机运行时温度与定子电阻变化量之间的线性关系,实现了无需在永磁同步电机内部植入温度传感器的间接温度检测,有效地解决了温度传感器对电机可靠性和机械特性的影响,提高了永磁同步电机的控制性能和使用效率。
  首先对永磁同步电机的结构以及现有的温度检测方法进行了介绍,给出了与直接转矩控制相关的坐标系和转换方法,在此基础上描述了永磁同步电机在两相旋转坐标系下的数学模型,详细介绍了空间矢量直接转矩控制系统的原理,SVPWM算法及实现,指出本文使用的空间矢量直接转矩控制系统的优点。
  随后在电机数学模型的基础上讨论了在空间矢量直接转矩控制系统下的直流信号注入原理。通过注入电磁转矩和定子磁链等效信号来实现外部直流信号的注入,利用采样得到的定子绕组电流、电压直流分量计算电机电阻值,最后利用电机运行中电阻和温度变化量之间的线性关系得到所需的电机内部温度参数。
  利用Matlab/Simulink完成系统仿真模型的搭建,借助仿真模型,直观得出基于信号注入的温度检测方法的结果。验证了两种信号注入方法的有效性。
  最后在理论和仿真的基础上,利用STM32芯片作为控制核心,利用功率模块等硬件完成对永磁同步电机控制系统的硬件设计,在硬件的基础上编写了调试空间矢量直接转矩控制的相关程序,满足控制电机需求。加入信号注入模块对本文所述方法进行了相关的实验论证。实验结果验证了本文所提出方法的有效性和可操作性。
[硕士论文] 徐晶
交通运输工程;载运工具运用工程 重庆交通大学 2018(学位年度)
摘要:直线式自由活塞内燃发电机(Linear Free-piston Generator,LFPG)是一种新型动力装置,其特有的结构和运动特征使其具有燃料适应性强、压缩比可变、结构简单、能量转化效率高等优点,并使之成为了一种极具潜力的发电装置,可用于电动汽车和其他用电设备上。但在目前研究阶段,LFPG还存在难以进行活塞运动控制、易撞缸和失火等问题。因此进行LFPG稳定运行控制策略研究对其进一步发展和应有具有重要意义。
  本文提出一种基于LFPG载荷变化的稳定运行控制策略,并通过理论分析和仿真计算验证了该种方案的可行性。本文从LFPG的动力学方程入手,搭建了LFPG全周期SIMULINK仿真模型,利用该模型分析了LFPG系统在标准稳定运行状态下的基本运行性能,以及喷油量、载荷系数两个重要参数对其性能的影响。随后,从能量平衡的角度得出系统稳定运行的条件,以喷油量变化(表现为Qin的变化)作为LFPG系统失稳的干扰因素,以稳定压缩比为控制目标,提出通过改变载荷系数(改变回路总阻值)的方式对LFPG系统的受力和能量分配进行调控,从而达到标准稳定运行状态。在非停机失稳和停机失稳工况下,本文研究了载荷跟随控制策略作用下的LFPG系统运行性能,验证了上述控制策略的可行性,并进一步对控制器进行了参数优化研究。
  研究发现,当LFPG系统处于标准稳定运行工况时,单个循环输入系统的能量Qin为271J左右,而载荷系数Ce为260左右。当LFPG系统处于非停机失稳(Qin不小于253J且不等于271J时)和停机失稳(Qin小于253J)时,应用载荷跟随控制策略均能使LFPG系统达到标准稳定运行状态。非停机失稳下,干扰量越大,LFPG系统达到标准稳定运行状态需要的时间越长,并且需要越大的载荷阻力。在停机失稳时,LFPG受到的干扰量越大系统越快停机,而在加入控制模块的情况下,系统达到标准稳定运行状态需要的时间越长。总的来说,LFPG中燃料燃烧过程中爆发的能量越少,缸内气体压力越不足以推动活塞的运动,因此需要更大程度地减小载荷回路的总阻值;而当Qin的值越大时,LFPG系统回复到标准稳定运行状态时,系统运行周期越短,能量输出频率越高,活塞组件速度峰值越大。
  此外,控制器系数(kP、KI)的选择对LFPG运行性能有明显影响。随着控制器比例系数KP逐渐增大,实测循环压缩比振荡幅度越小,振荡次数越多;但磁电载荷阻力的振荡越剧烈,振荡初期幅值增大,到达峰值的时间也缩短;活塞在调整期内拥有更快的平均速度,使得组件运动相同的距离所消耗的时间更少,位移曲线的振荡频率越高。LFPG的压缩比曲线振荡次数随积分系数值的变化呈现出一定的极值特性,但曲线振荡幅度随KI增大而增大。积分系数的减小令载荷阻力、运动速度的振荡幅值变化量更大,并且增长了活塞组件运动周期,在LFPG系统达到稳定运行状态后,运动曲线的滞后现象也一直存在。
[硕士论文] 母芝验
机械工程 重庆交通大学 2018(学位年度)
摘要:由于风电机组运行在地方偏远、工况恶劣的环境下,一旦风电机组传动系统发生故障就必须停机且维修不易。因此,对风电机组传动系统进行故障机理分析,研究有效的故障诊断方法,对提高风电机组发电效益有着重要的意义。经典的故障诊断方法仅将某种故障特征集或某种模式识别算法进行结合,只能从单一的角度寻找最优的故障分类方法,势必存在片面性从而影响到风电机组传动系统故障诊断的可靠性,本文采用信息融合的方法来解决这个问题,并从特征级融合与决策级融合展开研究。
  针对风电机组工况复杂,单个或者单域特征无法全面反映传动系统的状态特性,且多域特征存在冗余、冲突的问题,提出了基于深度置信网络的风电机组传动系统故障融合诊断方法。首先,构建了全面反映风电机组传动系统故障状态的多域特征集;然后,采用深度置信网络对多域特征集的特征再学习,充分挖掘数据间的本质特征,实现特征融合并消除冗余、冲突信息;最后,在特征输出后添加softmax多分类器,利用反向传播(Back Propagation,BP)算法逐层微调深度置信网络的权值使其结构达到最优并生成合适的分类器。通过行星齿轮箱故障诊断、滚动轴承故障程度诊断实验证明了深度置信网络方法在特征融合方面的有效性,提高了故障诊断精度。
  针对风电机组传动系统故障诊断多决策结果中证据冲突的问题,提出了基于改进D-S证据理论的风电机组传动系统故障融合诊断方法。构建了各初级诊断证据间的相关度矩阵,并由相关度矩阵计算出各证据的可靠度,根据可靠度对各证据进行相似证据与冲突证据分类,保留相似证据并修改冲突证据的基本概率赋值以降低可靠度低的证据对决策结果的影响,应用Dempester组合规则对相似证据与修改后的冲突证据进行故障融合诊断。最后,通过对滚动轴承、行星齿轮箱故障诊断的实验结果表明了改进D-S证据理论方法能有效解决多决策结果中证据冲突的问题,降低诊断的不确定性并提高了诊断率。
  本文将信息融合理论应用于风电机组传动系统故障诊断中,在特征级融合方面,研究了深度置信网络方法在特征融合中的应用,有效解决了多域特征集中信息冲突、冗余的问题;在决策级融合方面,研究了改进D-S证据理论在多决策结果中的应用,有效地解决了多决策结果中证据冲突的问题,最后通过实验结果验证了本文所提方法的有效性。
[硕士论文] 王高高
电气工程 安徽理工大学 2018(学位年度)
摘要:随着社会、经济发展,人们对生产、生活等领域的自动化、智能化控制的实时性、可靠性、稳定性、灵活性、控制精度等方面提出了更高的要求。相应的,多步进电机控制技术也紧随时代前进的步伐,得到了前所未有的发展。
  当前在多步进电机控制领域,常用的控制方式为对主控制器引出多条并行式信号线,实现单个主控制器对多台电机运行的控制,这种控制模式通常存在信号线走线占体积大、整机同步性能差、控制精准度低、易受干扰、扩展维护困难等一系列问题。新型基于串行总线的多步进电机控制系统,如CAN总线的应用,系统整体性能相对于集中并行式有很大的提升,通信线路少、整机结构变得简约,扩展能力强。然而,现行基于串行总线的多步进电机同步控制仍存在实时性、可靠性差,平稳性、运行精度低等问题。系统整机性能方面所存在的缺陷,严重阻碍了多步进电机控制系统在多轴数字控制场合的应用。针对上述多步进电机控制系统技术层面与实际应用所存在的问题,本文提出了基于CAN总线的多步进电机控制系统,系统采用CAN总线实时通信算法和步进电机细分驱动技术,实现对多台步进电机运行的实时、精准控制。
  本文首先介绍了基于CAN总线的多步进电机控制系统的系统架构及整机功能要求,系统架构为采用CAN总线通信下的分布式多节点主从控制,主节点通过参考消息、广播和点对点三种控制报文实现对每个子节点所属步进电机运转的同步控制。鉴于基础CAN通信采用优先级仲裁机制进行报文发送所存在的通道堵塞、传输延迟问题,本文给出了CAN通信时钟同步、节点轮询算法,并根据通信、控制的实时性要求完成了对通信报文格式的位场分配;考虑步进电机工作的平稳性和精度要求,给出了详细的细分驱动方法及实现;设计了系统硬件电路,并结合硬件,进行了完备的软件设计;最后,通过实验对上述方法及系统功能进行了验证,完成了绕组电流、CAN实时通信测试及Labview上位机环境下整机运行性能测试。实验验证了电机细分驱动优越性、CAN通信机制的实时性及整机同步工作的可靠性。结果表明,电机运行平稳、CAN通信实时性高,整机运行稳定、可靠,即系统达到了预期的多步进电机同步、高精度控制要求。本课题的研究具有很高的科研意义和应用价值,可以为多步进电机控制提供详细的技术支撑。
[硕士论文] 陈珂
电气工程 安徽理工大学 2018(学位年度)
摘要:随着全球储藏的化石能源被大量开采和使用,地球的环境污染问题日益严重。在新能源的开发过程中,风能是最早被人类利用的可再生能源之一,随着大规模和超大规模风电场接入电网,对电网自身的稳定性特征产生较大的影响。目前投产的风力发电机组中,双馈风力发电机组凭借其工作的稳定性和操控的灵活性而被广泛采用。因此,单独对双馈风电机组的运行特征及其并网后对电网的影响进行研究,成为近年来对电力系统稳定性研究中不可忽视的课题。
  本文首先介绍不同类型的风力发电机系统,对各种系统的优点与不足进行对比分析,总结出双馈式风力发电机系统的明显优势。根据双馈风机的运行方式建立其物理模型和数学模型。再搭建双馈风电系统构成模块的仿真模型,主要包括风速模型、风力机模型、机械传动模型等,进一步研究其控制策略。
  然后,介绍双馈风机的4种并网方式。对比后采用负荷并网方式,在MATLAB/Simulink平台上搭建双馈风机并网系统仿真模型。主要对分别发生不同风速扰动、线路短路故障时,双馈风机并网系统的运行状况进行仿真研究。依据仿真结果可得,在“无功控制”模式下,风速扰动会造成并网系统电压产生一定的波动、而并网处线路短路故障不仅会造成系统电压的骤降、功角波动,还会使电网消耗更多的无功,尤其是在发生线路三相短路故障时,影响更加明显。
  最后根据并网影响,提出改善双馈风力发电机并网稳定性的措施。本文主要采用加设无功补偿设备实现对电网稳定性改善的方法,比较无功补偿装置SVC和STATCOM的优劣性,搭建加装STATCOM装置的并网仿真模型。仿真结果表明加装STATCOM后能加快切除故障后系统电压恢复的时间,提高并网稳定性。
[硕士论文] 吴洋
电气工程 安徽理工大学 2018(学位年度)
摘要:传统角度测量设备具有体积大、功率损耗高,调试复杂,精度低等问题,而采用旋转变压器实现角度测量可以有效提高运行可靠性和测量精度等。旋转变压器输出的是模拟量,需经过进行模数转换,变为数字量角度信号才能进入计算机控制系统。这种数字信号处理方式相对复杂,采用专门的旋转变压器解码芯片往往需要很高的成本才能达到相对理想的精度。论文研究基于FPGA实现改进型旋转变压器CORDIC解码算法,并设计旋转变压器解码系统,以实现降低系统功耗及调试难度,提高测量精度的目的。
  文章设计以ALTERA公司的CycloneⅣ系列EP4CE6E22C8作为核心部件,产生驱动旋转变压器的激励信号,通过八阶有源RC低通滤波器模块进行滤波;同时控制AD7705型号的AD转换芯片对旋转变压器输出的模拟量信号进行数字量的转换,对转换完成的数字信号,采用改进型15级流水线结构的CORDIC解码算法进行角度的解算,该改进型CORDIC解码算法相比较传统算法,增加了角度判断模块、角度变换模块以及角度输出预处理模块。角度判断模块实现对全平面的角度进行八区间的划分和判断,角度变换模块完成对角度所属区间的变换,将六个区间的角度(π/4,7π/4)变换到规定的区间(-π/4,π/4)内,最后将解算出的偏转角θ通过串口输出模块输出。最后分析了一般解码算法的误差产生原因,包括±π/2角度附近误差、旋转变压器误差以及AD转换电路误差,并提出了改进策略。
  仿真结果表明,本文所设计的改进型的旋转变压器CORDIC解码算法能够精确地完成信号转换以及数据处理,改进型的CORDIC解码算法测量精度可达千分之一,动态响应小于1us,且系统仅占用FPGA内部1462个逻辑单元,系统满足速度测量的高精度、低延时需求,对复杂环境下旋转变压器在速度测量领域的应用和推广具有重要的工程价值。
[硕士论文] 俞正洪
电气工程 安徽理工大学 2018(学位年度)
摘要:无刷双馈电机在运转过程中同时具备异步电机和同步电机的运转特性,将其功率绕组接入到工频电压时,通过在控制绕组中接入不同频率的低频交流电压可以实现电机的变速恒频恒压调速。但是目前无刷双馈电机还存在着体积大、磁场谐波干扰大以及开环运转时会存在失步现象等问题,因此对无刷双馈电机的理论研究具有很高的经济效益和环保意义。
  本文介绍了无刷双馈电机在转子同步速下的d-q轴数学模型,运用Simulink软件搭建了仿真模型。研究了电机在低、中、高三种不同时速下的运转性能,结合电机的单馈运转特性、同步运转特性以及双馈运转特性,验证了所建仿真模型的正确性和适用性。为了提高电机的控制性能,将直接转矩控制技术引入到仿真模型中,利用磁链、转矩与给定值之间的偏差,分析了无刷双馈电机在低转速时存在的脉动问题。当电机转速越低,定子上磁链波形畸变就会越严重,因此低速时在定子侧控制绕组上的电阻压降不能忽略。
  为了提高系统对脉动扰动现象的抗干扰能力,将模糊控制技术应用于电机的直接转矩系统,利用在离散空间电压矢量调制(DSVM)控制技术,结合二维模糊控制器的控制方法,将磁链误差、转矩误差、磁链位置角模糊化处理,设计出模糊控制规则表,使开关电压表在特定的控制周期阶段内拥有更多的空间电压矢量选择范围,通过选用到合适的矢量电压,可以有效降低电机在低速下转矩和转速的脉动干扰,提升无刷双馈电机控制系统的鲁棒性。
  文章的研究结果表明,在对模糊化处理的离散空间电压进行矢量电压细分化后,可以减少BDFM在低速下的脉动干扰现象。提高无刷双馈电机在风力发电、船舶轴带发电等领域应用上的经济效益。
[硕士论文] 李忠祥
电气工程 安徽理工大学 2018(学位年度)
摘要:永磁同步电动机以其结构简单、效率高、动态响应快、调速性能好、过载能力强、控制方便等优点,在电力传动控制中得到广泛使用。高性能调速系统中,一般在电机转子轴安装传感器进行测定,无疑增加系统成本和复杂度,还容易受环境影响。近年来通过检测定子电压电流易测的量去对转子速度位置进行确定,这种无速度传感器控制可很好解决安装传统传感器带来的问题。为克服传感器带来的问题,无速良传感器矢量控制受到广泛关注和研究,控制方法主要按低速和中高速控制方法。在传统矢量控制的基础上加入电压前馈补偿,设计出在低速和中高速系统响应快、精度高的无速度传感器复合控制。
  本文先介绍无速度传感器控制的研究背景和控制方法,然后依据坐标变换理论推导得到永磁同步电动机的数学模型,重点介绍id=0的矢量控制方式。在对基于传统转子磁场定向的深入研究后,设计出对电流补偿的前馈电压解耦控制策略,表明改进后的系统具有响应更快和抗干扰更强。其次,对模型参考自适应的原理及结构进行详细研究,并在仿真平台下建立基于电压前馈的无速度传感器矢量控制模型,在不同设置环境下进行速度辨识和稳定性的仿真。仿真表明该算法具有中高速很好的速度位置跟随性,响应速度快,稳定性好。
  针对自适应在启动和低速阶段估算效果偏差较大,在低速设计采用脉振高频电压信号注入法进行速度位置测定。为适应更宽的速度范围,将两种控制算法相结合,设计了永磁同步电机无速度传感器的复合控制,即在低速采用脉振高频电压信号注入法,在转速较高时切换到模型参考自适应控制。然后设计复合控制方式,对其中滞环控制和变加权控制并进行比较,仿真表明复合控制的可行性,对比表明采用变加权控制系统可稳定运行,且切换过程更平滑,最后对研究工作做了总结。
[硕士论文] 秦大伟
电气工程 安徽理工大学 2018(学位年度)
摘要:当今,能源短缺和环境污染已成为全球性普遍问题,面对危机,高效环保的新能源汽车应际而生。永磁同步电机拥有结构简单、体积小等诸多优点,使其广泛应用于新能源汽车。直接转矩控制技术是一种新型电机调速控制技术,具有控制结构简单、转矩响应快速等特征,其特性正好满足新能源汽车性能的需要,该技术与永磁同步电机的结合也因此成为重要的研究方向。
  文章首先介绍了研究永磁同步电机控制系统的背景,分析了国内外研究现状,并归纳了调速系统常见的控制策略;由坐标变换的理论出发,分别搭建了不同坐标系下的永磁同步电机数学模型,为接下来调速系统的研究打下理论基础。
  其次研究了直接转矩控制系统,简要阐述了该系统的控制原理,并分析了直接转矩控制系统的组成。针对直接转矩控制系统存在的缺陷,提出引入Super-Twisting滑模控制代替滞环控制器,模糊PID控制器代替PI速度调节器,并且将SVPWM算法与直接转矩控制系统相结合的改进方案。通过仿真结果分析,证明改进的控制系统有效的抑制了转矩的脉动,并提高了控制系统的整体性能。
  最后针对改进后的永磁同步电机直接转矩控制系统,给出了改进后的系统的总体设计方案,并通过对系统的硬件和软件设计,完成了改进后控制系统实验平台的搭建,实验数据分析表明,所得结果与理论分析基本一致,验证了改进的控制策略的有效性和系统的可靠性。
[硕士论文] 赵天剑
电气工程 安徽理工大学 2018(学位年度)
摘要:无刷直流电机利用其结构简单、调速范围宽、运行效率高、使用寿命长等优点在日常生活和工业生产中应用广泛。在实际应用中,由于位置传感器的存在,不仅使成本有所提高,且在某些特定环境中适用性不强,而无位置传感器无刷直流电机可以克服这些问题,但随之也出现了启动困难、转子位置信息不易准确检测以及运行不稳定等问题,为此本文针对无位置传感器无刷直流电机存在的这些问题开展研究。
  无位置传感器情况下的启动是电机稳定运行的前提,本文采用了三段式启动方式,主要分为转子预定位、开环加速、同步运行三个阶段,对其进行了仿真分析,启动信号较为平稳。然后针对利用相反电势获取换相信号不准确的问题,使用了以线反电势换相策略获取换相信号的方法,有效提高了换相精度。
  电机转速不稳定容易对负载设备造成损坏,为了降低电机运行时的转速波动,利用模糊控制对传统的PI转速-电流双闭环控制器进行优化,模糊控制是将转速设定值与转速反馈值的误差e、误差变化率ec作为输入量,通过模糊推理获取模糊控制信号,再进行解模糊化处理,可输出经过在线整定的比例系数与积分系数,本文采用Matlab/Simulink软件自带的模糊工具箱设置了一个双输入双输出的模糊控制器用于优化转速环。
  转矩脉动也是影响电机运行的一大要素,会使电机稳定性降低,能耗增加,为了减小转矩脉动,利用省去了磁链观测部分的改进型直接转矩控制对其进行抑制,利用计算公式搭建了转矩观测部分,将电流环置换成转矩环,不但有效地对电机转矩脉动进行了抑制,还降低了系统的复杂度。
  最后使用Matlab/Simulink软件搭建了整个系统的仿真模型,对各个模块分别进行了介绍,通过分析对比各组波形,验证了本文所提出控制策略的有效性,并完成了控制系统的硬件和软件设计。
[硕士论文] 孙世强
电气工程 安徽理工大学 2018(学位年度)
摘要:永磁同步电机(PMSM)的特点是体积小,调速性能好,运转效率高,广泛应用与军事、工业、民用等不同领域。控制PMSM为了达到较好的性能要求,采用闭环控制方法已经很普遍。传统方法是运用机械传感器来对电机中的转子位置与转速进行检测,然而机械传感器给控制系统带来了不便,如增加电机的尺寸、体积以及在恶劣的环境下会导致检测位置和转速不准确。因此需要一种受外界影响小、方便维护的的控制系统。本文采用了无位置传感器控制法,即运用滑模变结构算法来检测转子的位置与转速,实现对电机的调速控制。
  本文基于PMSM的磁场定向控制原理和滑模变结构控制基础,采用传统的SMO对控制PMSM进行研究,传统的SMO主要存在两个问题,分别是存在转子位置估算抖振大和相位滞后。因此,针对以上问题进行了对SMO改进,消除抖振的方法是改进SMO中的符号函数,普通SMO的开关函数主要是符号函数,本文运用边界层可变的连续函数(Sigmoid函数)代替符号函数,从而减小滑模抖振;减小相位滞后的方法是采用一种转折频率随转速实时调整的自适应数字低通滤波器,这样可以在不同转速时有效保持角度滞后值不变,通过以上方法改进,滑模观测器在高速时检测转子位置与转速具有良好的动态观测性能。
  为了验证改进SMO的性能是否能够使抖振减小和使转速角度滞后值保持不变,采用Matlab/Simulink软件进行仿真[2]。仿真分析表明:基于FOC控制原理,在具有外部扰动情况下,PMSM调速系统的可靠性较高,同时本文也分别对普通SMO与改进SMO进行仿真,得出电机实际转子位置和转速、估算电机转子位置和转速以及转速误差值仿真图。根据示波器仿真图得出,改进的SMO控制系统有效减小抖振和角度滞后。最后说明改进的SMO在转矩恒定、转速改变与转速恒定、转矩变化不同情况下,准确估算转子位置实际转速与估算转速误差几乎为零[3]。
[硕士论文] 刘跃斌
电气工程 合肥工业大学 2018(学位年度)
摘要:随着我国“十三五”规划的实施,高效、节能、经济、持续等一直是能源发展方向,而永磁无刷电机具有结构简单、体积小、功率密度高、维护率低等优点,在舰船、航空、家电、医疗、公共生活等领域应用非常广泛。因此,研究永磁无刷电机的结构和电磁特性具有重要理论意义和工程价值。
  磁极结构和磁化方向的改变会直接影响永磁电机气隙磁密的分布。首先构建了不等厚磁极永磁电机模型,采用永磁分段建模的解析法求得无槽永磁电机的气隙磁密表达式,进一步引入相对磁导函数求得理想矩形槽永磁电机的其它电磁特性参数。其次改变磁极结构以及磁化方向,通过叠加法分析了新型两段式Halbach磁极阵列以及新型组合双层Halbach磁极阵列永磁电机的电磁特性,并且通过改变双层结构磁极上下层的厚度比、上下层中间磁极极弧系数以及边磁磁化角度等变量来优化电机的性能。此外,通过解析法计算了无槽永磁电机的空载感应电动势和电磁转矩。最后通过有限元法验证了该解析建模方法的正确性。
  在此基础上,定子槽形的变化对电机的性能也具有一定影响,本文引入改进卡特系数,分析了具有等厚齿尖平行齿结构的新型两段式Halbach磁极阵列以及新型组合双层Halbach磁极阵列永磁电机的气隙磁密、空载感应电动势和电磁转矩,然后通过与有限元法得出的结果进行比较,验证了解析求解的正确性。
  本文提供的分析方法和结论对永磁无刷电机的优化设计具有参考价值。
[硕士论文] 崔征山
电机与电器 合肥工业大学 2018(学位年度)
摘要:永磁无刷电机由于具有效率高、转矩密度高等优点,广泛用于各类工业自动化生产中。在智能机器人、航天飞行器、医疗器械、模具精密加工等行业,都对电机控制领域带来了新的挑战。永磁无刷电机按照驱动控制方式可分为:无刷直流电动机和永磁同步电动机。无刷直流电动机与永磁同步电动机的本体构造十分相近,本质上是在永磁体所形成的磁场波形上的差异。本文主要对表贴式永磁电机的本体进行研究,包括磁化方式、磁场特性以及优化设计等方面。
  首先,分析无刷直流电机工作原理,提出“平行+径向+平行”组合磁化方式,建立无槽无刷直流电机解析模型,得出“平行+径向+平行”组合磁化获得的气隙磁密、空载反电动势更易获得梯形波,之后又建立永磁厚度优化解析模型,对空载反电动势波形的平顶宽度也进行相关分析。
  其次,对于永磁同步电机,提出“径向+平行+径向”、“平行+平行+平行”的组合磁化的方式,建立转子内表面含非导磁区域的解析模型,对电机的气隙磁密、空载反电动势、电磁转矩等参数进行了分析,与单一平行磁化方式相比,该组合磁化方式所得气隙磁密波形更易接近正弦波,同时指出当转子内表面存在非导磁材料区域时,电机主磁场在一定程度上被削弱。
  最后,针对永磁电机定子开槽所产生齿槽转矩的问题,分析了齿槽转矩的产生机理。为减小齿槽转矩,建立了永磁表面开辅助槽、磁极削角的解析模型,采用麦克斯韦张量法对齿槽转矩进行了计算,并利用解析模型对辅助槽、削角尺寸进行了优化分析,得出齿槽峰值转矩与相关参数之间的变化规律。
[硕士论文] 杨健
控制工程 合肥工业大学 2018(学位年度)
摘要:随着全球能源危机和环境污染的日益严重,世界各国着手大力发展清洁能源。电动汽车因为其无需使用化石燃料,且无污染尾气排放,在政府的扶持和汽车企业的大力研发下得到快速发展。作为电动汽车的核心,内置式永磁同步电机因为其价格相对低廉,功率密度高,调速范围宽等优点得到广泛使用。为了获得电机的高性能矢量控制,需要知道电机转子的初始位置信息,传统获得转子初始位置的方法是安装位置传感器,但这会增加系统成本,降低系统鲁棒性,因此内置式永磁同步电机无位置传感器控制方法得到广泛和深入的研究。本文对永磁同步电机无位置传感器控制技术的现状进行了综述,紧紧围绕内置式永磁同步电机转子初始位置辨识,采用了旋转高频信号注入法进行深入的研究,提高位置辨识的精度和可靠性,并且实现了永磁同步电机低速无传感器控制。
  实现内置式永磁同步电机无位置传感器控制的首要问题是如何辨识转子初始位置,需要考虑辨识的精度和辨识的可靠性。本文采用旋转高频电压注入法辨识转子初始位置,但其辨识精度受到数字控制采样和计算延时、PWM输出延时、以及信号解调过程中滤波器环节产生的相位延时等因素的影响。本文在对各因素产生的影响进行分析的基础上提出一种统一补偿算法。该补偿算法利用相关影响因素对正序电流和负序电流产生相位影响所具有的相关性,通过提取正序电流信号中的相位偏差,对负序电流信号的相位进行统一补偿,以提高位置辨识精度。由于转子的对称性,辨识得到的位置信息通常需要辅以极性鉴别算法,从而得到实际转子位置。本文在详细分析目前广泛采用的极性鉴别方法:电压脉冲注入法和二次谐波分量法的基础上,针对其存在的缺陷,提出基于电流闭环控制的饱和电感量变化极性鉴别算法,以提高位置辨识的精度。该方法在极性辨识过程中,为使电机处于静止状态,将q轴电流控制为0,通过施加不同的直轴d轴电流,比较计算得到对应的电感值,据此达到极性鉴别的目的。
  最后,以一台50kW的内置式永磁同步电机为控制对象,搭建了基于DSP28335为控制核心的内置式永磁同步电机无位置传感器控制实验平台,对基于旋转高频注入法的电动汽车用内置式永磁同步电机零、低速无位置传感器控制算法进行实验验证。验证的结果证明了位置误差补偿算法和极性鉴别算法的有效性,基于旋转高频注入法的内置式永磁同步电机无位置传感器控制系统能够在零、低速有效跟踪转子位置。
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