王勇[1]2007年在《基于ARM的数字式直流电机控制器的研究》文中研究指明直流电动机具有起动性能和调速性能好、过载能力大等优点，广泛应用于各种工业场合。对直流电动机的控制主要是对电机的速度、力矩以及位置的控制。随着科学技术日新月异，尤其是计算机技术、微电子技术、现代控制理论的发展，对于直流电机的控制也开始由传统的模拟控制向数字控制转变，并逐步实现电机控制的智能化。本课题研究的重点就是数字式直流电动机的控制系统。本文所研究的控制系统，采用晶闸管相控整流方式实现对直流电动机的速度和电流进行控制。控制系统以ARM7系列微控制器LPC2132作为晶闸管数字式触发控制系统的核心，通过对电动机的速度环、电流环的PID控制，实现所需的工作性能。同时，为了扩大该控制系统的适用范围，本论文也对电流环的PID参数自整定方法进行了一定的研究。本文的主要内容如下：一、从整体上介绍了直流电动机和直流调速技术的发展和趋势，比较了当前常用的几种直流电动机的调速方案，并介绍了作为电动机控制系统的核心微控制器LPC2132的基本特性。二、根据直流电机回路，建立电动机的数学模型；针对该电动机模型，选用速度——电流双闭环控制系统，建立双闭环系统的控制方框图；分析晶闸管相控整流方式中出现电流断续现象的解决方法。三、根据直流电动机的控制特性的要求，研究了微控制器LPC2132的内部硬件资源的分配，设计了相关硬件系统，并对晶闸管的触发方式进行了研究。四、研究了直流电动机控制系统的软件系统。五、研究电动机的控制策略，对电动机的速度环和电流环采用PID控制策略，并对电流环的PID参数自整定方法进行了研究。六、空载情况下对直流电机的速度控制实验。
王国杰[2]2007年在《基于ARM的全数字可逆直流调速系统的研究》文中研究表明本文以ARM嵌入式系统为控制核心,针对四象限的全数字可逆双闭环直流调速系统进行设计研究。该研究结合当前最前沿的嵌入式技术、硬实时操作系统技术、图形界面技术及网络通讯技术,利用三星公司的S344B0X 32位ARM处理器对目前以传统的8/16位单片机为主的全数字双闭环控制系统进行改进的设计研究,探讨和尝试其发展可行性。本设计充分利用了ARM处理器在uc/os-II和uc/gui平台上的多任务程序运行、实时处理及友好的人机交互并结合逻辑无环流可逆原理给出直流电机数字控制方案。并进一步在电机控制方面探讨利用lwIP(一套用于嵌入式系统的轻量级(light weight)TCP/IP协议栈)协议与PC机实现数据通讯,以实现PC机的远程控制。本文详细介绍了直流调速系统装置的设计过程,主要分为以下几个部分:第一、介绍了嵌入式系统的概念及其特点,以及基于ARM处理器的优势和应用。第二、基于ARM处理器所构成的全数字可逆直流调速系统设计。第三、基于ARM控制器平台下的多任务软件系统的设计,并说明了该软件系统的设计思路及特点,最后给出了主要模块的具体实现。第四、介绍基于我院模拟直流调速实验平台的数字化改造及调试过程。最后通过该装置的开发和测试表明,本系统具有线路简单、控制方便、动态转速波形显示、网络控制等优点。
邢绍邦[3]2007年在《现代交流调速系统中的磁链观测与SVPWM技术研究》文中提出电机是完成机电能量转换的装置，既可作为动力源，又可作为执行器使用。当今社会无论生产领域，还是消费领域都离不开电机。由于直流电机的控制性能很好，因此最早的电气拖动多是由它承担，但因其结构复杂，制造成本与维护费用高，再加之非本质防爆等因素，限制了其拓宽应用。相比之下交流电机具有结构简单、制造成本与维护费用低、可用于恶劣环境(尤其是须防爆场合)等优点，诞生不久便得到认可和广泛应用。遗憾的是交流电机控制性能大不如直流电机，以至于半个世纪前调速系统几乎是直流电机一统天下。能源危机，再加上控制理论、高速开关器件及微处理器技术的发展加速了交流调速系统的发展，在调速系统更新换代的今天，大有取代直流系统之势。加强对以交流电机为核心交流调速系统的研究，使之具备或有着超过直流系统所具有的高性能(宽调速范围、随动性和高效率等)，这是极富挑战性、且也是极具实际意义的课题。以感应电机为对象的现代交流调速系统中，磁场定向控制(FOC)和直接转矩控制(DTC)是当今两大主流控制策略，无一例外的用到电机的动态模型、电机定子或转子的磁链估值和通过功率器件的开关去实现PWM电压供电给电机。论文主要内容正是围绕上述三方面展开的，即：(ⅰ)建立感应电机的动态仿真平台；(ⅱ)探讨不同运行情况下的磁链估计计算(观测)；(ⅲ)研究实现空间电压矢量脉宽调制(SVPWM)的逆变器开关算法，以保证电压利用率高、最少开关数和对称性等要求。工程对象的研究结论须加以实验验证，至少是仿真实验，这也是论文内容的重要方面。研究成果分别发表在《电机技术》、《2006中国控制与决策学术年会论文集》、《Proceedings of The 2nd IEEE Conference on Industrial Electronics and Applications(ICIEA 2007，EI检索源)》及《微特电机(中文核心)》等刊物上。论文各章节主要内容如下：在对交流调速技术的现状与发展给以概述后，论文的第二章依据感应电动机的动态数学模型，采用模块化的方法建立其仿真模型；在此基础上，分别建立了感应电机矢量控制和直接转矩控制系统仿真平台，并进行了验证性实验。论文第三章在目前几种主要磁链观测器的基础上，提出了一种混合切换式的磁链观测方法，讨论了磁链模型之间的切换问题，并将其分别用于矢量控制和直接转矩控制中。论文第四章重点探讨了SVPWM(空间电压矢量脉冲宽度调制)技术，在传统SVPWM技术的原理与算法基础上，提出了改进算法，并将其用于矢量控制系统。利用本文所建立的感应电动机矢量控制和直接转矩控制系统仿真平台，论文第五章对本文第三、四两章的工作分别进行了仿真实验，以验证它们的正确性。
朱天顺[4]2017年在《基于FPGA的无刷直流电机调速系统设计》文中提出近年来,电机的控制及应用已经遍及国民经济的各个领域和环节。其中无刷直流电机采用电子换向代替机械换向,具有结构简单、维护方便、运行可靠、调速范围宽等优点,在高精度控制领域成为研究热点。本课题以永磁无刷直流电机(BLDCM)为控制对象,采用FPGA作为控制核心,设计了无刷直流电机调速系统。首先本文在深入分析无刷直流电机基本结构、工作原理以及数学模型的基础上,确立了双闭环无刷直流电机控制方案,并借助MATLAB/Simulink仿真平台,搭建了无刷直流电机双闭环控制系统的整体仿真模型。其中内环电流环采用传统PI控制。外环速度环,对电机的控制具有决定性的影响,本文分别采用了传统PI控制、模糊PI控制以及变论域模糊PI控制三种不同的控制算法,并在所搭建的仿真模型上进行了仿真对比试验。仿真结果表明,在变论域模糊PI控制策略下,系统具有更优越的动、静态性能。其次在理论仿真的基础上,选取ALTERA公司的FPGA芯片EP2C70F896C6作为控制器的核心,进行了无刷直流电机调速系统的软、硬件设计。硬件部分,依据系统要求,主要包括以FPGA为核心的控制电路,无刷直流电机的驱动电路、电流采样电路、Hall信号检测电路、A/D转换电路及其它外围电路设计。FPGA软件部分利用硬件描述语言和EDA模块化设计思想给出了变论域模糊PI调节模块、霍尔测速模块、PWM调制及换相模块、串口通信模块、A/D转换模块等具体的实现方法。最后,在Modelsim软件中对系统各个模块进行功能仿真,验证程序的正确性。进而在所搭建的硬件平台上,对系统进行硬件实现和验证。同时,为了方便对电机性能的调试分析,本文还利用VC++开发了上位机监控界面,可以实时监控电机运行状况。通过对实验所获得的转速曲线进行对比分析,证明了本论文设计的无刷直流电机调速系统具有良好的控制性能。
林森[5]2008年在《异步电机无速度传感器矢量控制系统研究》文中研究表明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。
蒋文强[6]2017年在《基于智能控制算法的BLDCM调速系统研究》文中认为无刷直流电机(BLDCM)由于具备构造简单、效率高、控制方便、运行安全可靠等特点,出现后便在军事、汽车驱动、工业自动化、民航等领域取得了普遍的应用。与此同时,由于电子、计算机、自动控制技术的飞速发展,人们也提高了对其调控品质的要求。所以,研究有着反应更快、精度更高、稳定性更好的BLDCM控制系统具备非常广阔的运用前景。本文针对传统的BLDCM调速系统很难满足其在高速、高精度及扰动较大等场合的应用。以智能控制算法为首要的探讨对象,研究可应用于工业焦炉自动测温机器人的BLDCM调速控制系统。根据其对运动有着对位要准、要快、抗干扰能力要强及避免发生滑动等的要求,采用基于改进粒子群算法的模糊PID调速系统对测温机器人的BLDCM运动部分进行调控。首先介绍了BLDCM的组成及其运行原理,并在理想的条件下分析了其数学模型,建立了三相电机仿真模型;紧接着经过拉普拉斯变换后确定了其传递函数且在Simulink平台下搭建了动态仿真结构。然后,分析了模糊控制的基本原理、组成和结构,设计了该算法的逻辑规则库,并将其与PID算法相结合,构成的模糊PID控制算法既保留了PID算法的鲁棒性,又体现出模糊控制的动态调节品质,使得整个被控系统具备一定的自适应能力,展现出模糊PID控制器的优良特性。最后,详细分析了标准粒子群算法的原理、执行流程及其数学表达式,并针对该算法寻优速度不足和容易陷入局部最优的缺点,采用了正交试验机制和模仿染色体变异机制的突变策略对传统粒子群优化算法做了改进。通过举例说明了正交试验对算法寻优速度和效率的提升作用。接着为了使整个算法在迭代的过程中保持良好的多样性,仿照基因突变机理引入突变策略对算法的极值传递过程进行改进,可避免过早发生聚集现象从而克服其陷入局部最优,并就该两种策略的引入给出了改进算法运行的伪代码。经过MATLAB编程实现与用benchmark函数测试的对比实验,证明了所用改进策略的有效性。并将其应用在模糊PID调节器的参数优化问题中,显著提高了控制器的各项调控品质,使得整个BLDCM调速系统具备良好的精确度、响应速度、稳定性以及自适应能力。
谢冬冬[7]2014年在《基于电容电压平衡的NPC三电平逆变器矢量控制的研究》文中提出随着我国工业的快速发展，多电平逆变器在高压大容量交流变频调速系统中的应用成为电力电子技术领域的研究热点。由于多电平逆变器相对于传统的两电平逆变器，具有输出电压谐波含量小、功率开关器件频率低等明显的优势，现已在电力系统和电力传动的高压大容量场合得到广泛的应用。本文以二极管箝位型（NPC）三电平逆变器的异步电机矢量控制系统为研究对象，针对矢量控制中的转子磁链观测进行理论研究，对三电平空间电压矢量调制（SVPWM）算法进行详细的分析和探讨，针对NPC三电平逆变器在运行过程存在的中点电位不平衡问题进行深入研究，并提出相应的解决方法。主要研究工作如下：对高压大容量交流调速系统进行简要概述，讨论多电平逆变器的研究现状，探讨多电平逆变器在变频调速系统的应用；分析NPC三电平逆变器的拓扑结构，建立其数学模型；阐述异步电机矢量控制的基本原理。针对NPC三电平逆变器采用的传统三电平SVPWM调制算法复杂，不利于实时控制的缺点，提出一种基于简化算法的三电平SVPWM调制算法，该算法通过对空间电压矢量的分解及平移，来计算基本电压矢量的作用时间和选择合适的开关输出状态，达到简化算法的目的。针对NPC三电平逆变器存在的中点电位不平衡的问题，分析中点电位波动的机理，提出一种基于gh坐标系的虚拟空间电压矢量(VSVPWM)准确补偿中点电位的控制策略，引入虚拟中矢量和电压调整系数，对不同的正、负小矢量分配不同的调整系数，增加小矢量控制中点电位的平衡能力和灵活性；同时在gh坐标系下计算基本电压矢量的作用时间，简化算法的复杂性。针对上述理论研究，搭建Simulink仿真平台，利用MATLAB仿真软件对三电平简化SVPWM算法和中点电位补偿平衡控制策略进行仿真分析，验证所提算法的正确性。设计基于NPC三电平逆变器的异步电机矢量控制系统实验平台，搭建硬件电路。在以TMS320F2812为核心的DSP控制板上，编写软件程序，通过实验验证所提出的三电平简化SVPWM算法及中点电位补偿平衡控制策略的有效性与可行性。
参考文献：
[1]. 基于ARM的数字式直流电机控制器的研究[D]. 王勇. 浙江大学. 2007
[2]. 基于ARM的全数字可逆直流调速系统的研究[D]. 王国杰. 河北工程大学. 2007
[3]. 现代交流调速系统中的磁链观测与SVPWM技术研究[D]. 邢绍邦. 青岛大学. 2007
[4]. 基于FPGA的无刷直流电机调速系统设计[D]. 朱天顺. 广西师范大学. 2017
[5]. 异步电机无速度传感器矢量控制系统研究[D]. 林森. 中南大学. 2008
[6]. 基于智能控制算法的BLDCM调速系统研究[D]. 蒋文强. 太原理工大学. 2017
[7]. 基于电容电压平衡的NPC三电平逆变器矢量控制的研究[D]. 谢冬冬. 河南科技大学. 2014
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