行车用双逆变级矩阵式变频器矢量控制研究
这是一篇关于双逆变级矩阵式变频器,行车起重机,矢量控制的论文, 主要内容为双级矩阵变换器(TSMC)是一种输入电流正弦、输入单位功率因数、能量可双向流动的新型电力电子变换器。双逆变级TSMC则是在TSMC直流侧并联两个逆变级。行车系统常采用多台电机协同工作对重物进行三维空间内的吊动,被广泛应用于各个工业领域。但传统行车系统中每台变频器通常只能驱动一台电机,系统需要的变频器数量较多,且系统中的再生多余电能常通过制动电阻消耗掉,造成了电能的浪费。行车中的提升电机通常采用矢量控制,为系统控制的核心。因此,开展适用于行车系统的双逆变级矩阵式变频器矢量控制研究,具有重要理论意义和工程应用价值。本文分析了 TSMC整流级与逆变级的调制策略原理,推导出各矢量占空比表达式,研究了整流级和逆变级协调换流策略,实现了整流级的安全换流。构建了双逆变级TSMC拓扑,两个逆变级分别驱动两台异步电机,模拟行车在水平方向和垂直方向对重物进行移动的工况,其中,水平方向移动的电机采用V/F控制策略,垂直方向的电机采用转子磁链定向矢量控制方式。分析了异步电机数学模型,计算出转子磁链,搭建了双逆变级TSMC异步电机转子磁链定向矢量控制系统。结合TSMC能量双向流动的特点,对双逆变级TSMC行车系统中电机产生的再生能量进行协调管理。搭建了以DSP+CPLD为核心的双逆变级TSMC系统实验平台,设计了软硬件系统,其中硬件部分主要包括输入滤波器、主电路及驱动、采样调理,保护电路及D/A等;软件部分主要包括DSP主程序、整流级和逆变级中断程序及CPLD程序等。在实验平台上验证了 TSMC驱动异步电机系统V/F控制和矢量控制算法,并模拟了行车水平和垂直移动时的电机运行工况。实验结果表明:TSMC驱动两台异步电机在不同控制策略下均具有良好的动稳态变频调速性能,满足了行车水平和垂直移动工况下对异步电机调速性能的需求,验证了双逆变级矩阵式变频器应用于行车场合的可行性。
一体化关节模组驱控系统关键技术研究
这是一篇关于一体化关节模组,驱控一体化,无框力矩电机,矢量控制的论文, 主要内容为机器人关节是机器人的核心基础部件,其性能优劣直接影响机器人整机性能。一体化关节模组将无框力矩电机、谐波减速器、制动器、传感器和驱动器等零部件集成为一体,体现了轻量化、模块化和集成化的设计理念,是当前机器人关节的重要发展趋势。本文针对一款新型一体化关节模组,设计开发其嵌入式驱控系统,以提高关节模组的伺服控制性能。围绕一体化关节模组驱控系统的关键技术,本文的主要研究内容与结论如下:(1)一体化关节模组的集成设计。对一体化关节模组的功能特性和性能指标进行分析,明确系统组成与集成设计方法,根据设计指标分析确定了关节模组以无框力矩电机为动力源,谐波减速器为减速装置。完成了主要零部件的选型与设计,最后在此基础上进行了结构设计并搭建了实验样机。(2)建立无框力矩电机的数学模型与矢量控制。三相静止坐标系中的数学模型控制难度较大,利用坐标变换方法建立了-和(9-坐标系中的数学模型,在此基础上研究了磁场定向控制理论并详细分析了SVPWM的原理和技术实现。在Matlab/Simulink中搭建了坐标变换和SVPWM调制的仿真模型,验证了数学模型和SVPWM调制过程的正确性。(3)控制系统设计与仿真。基于电流环、速度环和位置环的三环控制结构搭建了关节伺服系统,并针对各个环路的控制模型逐步分析了相关的控制参数。针对关节模组的位置控制要求快速响应、高精度、高稳定性以及抗干扰能力,设计了带前馈的模糊自适应PI控制器。在Matlab/Simulink中搭建了三环控制系统的仿真模型并进行了仿真实验,验证了所设计的伺服控制系统的有效性。(4)驱控系统软硬件搭建与实验。针对关节模组的控制需求完成了硬件系统搭建,进行了完整的硬件原理图和PCB设计,在硬件系统基础上设计了控制软件。为了验证关节模组的实际性能,搭建了实验平台并分别在空载和带载的工况下进行了样机实验,实验结果表明所设计的一体化关节模组符合设计指标,整体性能优良。
一体化关节模组驱控系统关键技术研究
这是一篇关于一体化关节模组,驱控一体化,无框力矩电机,矢量控制的论文, 主要内容为机器人关节是机器人的核心基础部件,其性能优劣直接影响机器人整机性能。一体化关节模组将无框力矩电机、谐波减速器、制动器、传感器和驱动器等零部件集成为一体,体现了轻量化、模块化和集成化的设计理念,是当前机器人关节的重要发展趋势。本文针对一款新型一体化关节模组,设计开发其嵌入式驱控系统,以提高关节模组的伺服控制性能。围绕一体化关节模组驱控系统的关键技术,本文的主要研究内容与结论如下:(1)一体化关节模组的集成设计。对一体化关节模组的功能特性和性能指标进行分析,明确系统组成与集成设计方法,根据设计指标分析确定了关节模组以无框力矩电机为动力源,谐波减速器为减速装置。完成了主要零部件的选型与设计,最后在此基础上进行了结构设计并搭建了实验样机。(2)建立无框力矩电机的数学模型与矢量控制。三相静止坐标系中的数学模型控制难度较大,利用坐标变换方法建立了-和(9-坐标系中的数学模型,在此基础上研究了磁场定向控制理论并详细分析了SVPWM的原理和技术实现。在Matlab/Simulink中搭建了坐标变换和SVPWM调制的仿真模型,验证了数学模型和SVPWM调制过程的正确性。(3)控制系统设计与仿真。基于电流环、速度环和位置环的三环控制结构搭建了关节伺服系统,并针对各个环路的控制模型逐步分析了相关的控制参数。针对关节模组的位置控制要求快速响应、高精度、高稳定性以及抗干扰能力,设计了带前馈的模糊自适应PI控制器。在Matlab/Simulink中搭建了三环控制系统的仿真模型并进行了仿真实验,验证了所设计的伺服控制系统的有效性。(4)驱控系统软硬件搭建与实验。针对关节模组的控制需求完成了硬件系统搭建,进行了完整的硬件原理图和PCB设计,在硬件系统基础上设计了控制软件。为了验证关节模组的实际性能,搭建了实验平台并分别在空载和带载的工况下进行了样机实验,实验结果表明所设计的一体化关节模组符合设计指标,整体性能优良。
面向微电网的飞轮储能系统能量管理控制策略研究
这是一篇关于飞轮储能系统,矢量控制,光伏,分布式协同控制,SoC平衡,鲁棒性的论文, 主要内容为随着可再生能源的迅猛发展,光伏和风力发电系统大规模并网,对电网稳定运行带来了严峻挑战。飞轮储能以其高储能密度和快速响应等诸多优点,对于提高供电的可靠性与电能质量有关键作用。本文以飞轮储能系统为对象,对飞轮储能单元、光伏-飞轮储能系统及飞轮储能阵列系统进行能量管理控制策略研究,主要工作内容如下:(1)设计了飞轮储能装置机械结构,并建立飞轮储能单元永磁同步电机模型。采用解耦控制、矢量控制和空间矢量脉宽调制方法对飞轮储能单元进行充放电控制设计。利用Matlab/Simulink搭建飞轮储能单元仿真平台,验证了控制策略的可行性。(2)建立了光伏电池数学模型,利用最大功率点跟踪技术设计光伏电池控制器。并结合飞轮储能单元控制模型,构建了光伏-飞轮储能系统模型。通过仿真平台,验证了控制策略的可行性,并确保光伏电池输出波动时,通过飞轮储能单元的充放电控制,能够保证负载的稳定运行。(3)针对飞轮储能阵列系统,通过定义飞轮单元的荷电状态(SoC)和能量状态,建立飞轮储能阵列充放电模型。基于平均能量状态估计器和平均期望功率估计器设计了分布式协同控制器,实现飞轮阵列各单元共同提供所需的总功率,并动态平衡各单元充放电状态。利用Matlab/Simulink搭建飞轮储能阵列系统仿真平台,验证了分布式协同控制算法的可行性。(4)通过广泛的模拟研究,分析了SoC平衡策略、网络连通性、有信息的智能体个数对控制器性能的影响,仿真结果表明SoC平衡策略确保各单元充放电速率一致性,通信网络拓扑对平均能量状态估计器和平均期望功率估计器收敛速度的影响与其特征值有关。最后分析分布式协同控制器对通信网络连接中断的鲁棒性,验证了分布式协同控制器具有较强的抵抗能力。本文针对面向微电网的飞轮储能系统进行能量管理控制策略研究,为提高微电网可靠性和电能质量提供了新思路。
基于SVPWM的电动车能量控制和优化管理平台设计
这是一篇关于空间矢量脉宽调制,数字信号处理,矢量控制,LABVIEW的论文, 主要内容为随着人们对能源利用的要求越来越高,如何提高电动车能源的利用率,如何实现对直流无刷电机的优良控制,降低控制器的温升,延长控制器的寿命,变得十分重要。本文根据实际项目需要,设计了一种基于SVPWM(Space Vector Pulse Width Modulation)的电动车能量控制和优化管理平台。设计实现了电动车能量的管理和数据采集处理规范化,为研发和检测工作提供了良好的平台。 首先,本论文简要阐述了电动车控制系统的基本组成结构。详细分析了电动车控制系统的特点,在此基础上,确定了基于空间矢量算法的电动车控制系统设计方案。电压空间矢量PWM(SVPWM)技术是从电动机角度出发的SPWM。电压空间矢量是按照电压所加在绕组的空间位置来定义的,电动机的三相定子绕组可以定义一个三相平面静止坐标系,此坐标系有3个轴,空间位置上互差120度,分别代表三相。三相定子相电压Va、V b、V c分别施加在三相绕组上,形成三个电压空间矢量Va、Vb、Vc。Va、Vb、Vc的方向始终在各相的轴线上,大小随时间按正弦规律变化。因此, Va、Vb、Vc的合成电压矢量u是一个以电源角频率ω速度旋转的空间矢量[1,2]。 其次,本论文提出了一种基于SVPWM提高电压利用率的电机控制方法,并给出了基于DSP的实现算法,在相同的直流母线电压下,采用SVPWM方式线性范围的输出最大基波相电压幅值是0.98倍的原始电源的相电压的幅值,而传统的SPWM输出最大基波相电压是0.85倍的原始电源的相电压的幅值。采用SVPWM方式有效地扩展了逆变器输出基波相电压的线性范围,是采用SPWM的1.15倍,有效提高了电源电压利用率。在高性能全数字化的矢量控制系统中,应用DSP处理器快速的运算能力和数据处理能力,空间电压矢量PWM技术实现更准确、方便,更接近理想正弦磁通控制。实验结果验证了该算法相对于传统SPWM方法的优越性[3]。 最后,本论文介绍了电动车能量控制管理平台的硬件与软件实现。详细介绍的SVPWM的实现方法,设计了基于LABVIEW的电动车能量管理平台的基本结构。给出了能量监控平台的设计界面,和功能描述。LabVIEW(Laboratory Virtual instrument Engineering)是一种图形化的编程语言,它广泛地被工业界、学术界和研究实验室所接受,视为一个标准的数据采集和仪器控制软件。利用它可以方便地建立自己的虚拟仪器,其图形化的界面使得编程及使用过程都生动有趣。图形化的程序语言,又称为“G”语言。使用这种语言编程时,基本上不写程序代码,取而代之的是流程图。它尽可能利用了技术人员、科学家、工程师所熟悉的术语、图标和概念,因此,LabVIEW是一个面向最终用户的工具。它可以增强你构建自己的科学和工程系统的能力,提供了实现仪器编程和数据采集系统的便捷途径。使用它进行原理研究、设计、测试并实现仪器系统时,可以大大提高工作效率。利用LabVIEW可充分发挥计算机的能力,有强大的数据采集和数字信号处理,分析和数据保存功能。 本论文设计的基于SVPWM的电动车能量控制和优化管理平台,已经在实际项目中应用。实际运行效果良好,得到了用户的认可和好评。
一体化关节模组驱控系统关键技术研究
这是一篇关于一体化关节模组,驱控一体化,无框力矩电机,矢量控制的论文, 主要内容为机器人关节是机器人的核心基础部件,其性能优劣直接影响机器人整机性能。一体化关节模组将无框力矩电机、谐波减速器、制动器、传感器和驱动器等零部件集成为一体,体现了轻量化、模块化和集成化的设计理念,是当前机器人关节的重要发展趋势。本文针对一款新型一体化关节模组,设计开发其嵌入式驱控系统,以提高关节模组的伺服控制性能。围绕一体化关节模组驱控系统的关键技术,本文的主要研究内容与结论如下:(1)一体化关节模组的集成设计。对一体化关节模组的功能特性和性能指标进行分析,明确系统组成与集成设计方法,根据设计指标分析确定了关节模组以无框力矩电机为动力源,谐波减速器为减速装置。完成了主要零部件的选型与设计,最后在此基础上进行了结构设计并搭建了实验样机。(2)建立无框力矩电机的数学模型与矢量控制。三相静止坐标系中的数学模型控制难度较大,利用坐标变换方法建立了-和(9-坐标系中的数学模型,在此基础上研究了磁场定向控制理论并详细分析了SVPWM的原理和技术实现。在Matlab/Simulink中搭建了坐标变换和SVPWM调制的仿真模型,验证了数学模型和SVPWM调制过程的正确性。(3)控制系统设计与仿真。基于电流环、速度环和位置环的三环控制结构搭建了关节伺服系统,并针对各个环路的控制模型逐步分析了相关的控制参数。针对关节模组的位置控制要求快速响应、高精度、高稳定性以及抗干扰能力,设计了带前馈的模糊自适应PI控制器。在Matlab/Simulink中搭建了三环控制系统的仿真模型并进行了仿真实验,验证了所设计的伺服控制系统的有效性。(4)驱控系统软硬件搭建与实验。针对关节模组的控制需求完成了硬件系统搭建,进行了完整的硬件原理图和PCB设计,在硬件系统基础上设计了控制软件。为了验证关节模组的实际性能,搭建了实验平台并分别在空载和带载的工况下进行了样机实验,实验结果表明所设计的一体化关节模组符合设计指标,整体性能优良。
基于STM32的医用动力刨削系统研究与设计
这是一篇关于动力刨削系统,矢量控制,无刷直流电机,LCD触摸屏的论文, 主要内容为动力刨削系统作为医疗领域重要的手术设备,由于其具有切口小、康复快和并发症少等优势,在神经外科、耳鼻喉科、骨科等外科手术中得到了广泛的应用。在国外市场上,相关动力刨削系统的技术已经趋于成熟,但在国内市场上,由于缺乏制造商、售后成本高、技术落后等原因,成为在国内医院推广使用的阻碍。因此,为解决动力刨削系统在国内市场面临的问题,本文研究并设计了一款动力刨削系统。本文的主要内容如下:1、基于动力刨削控制系统的工作原理、内部结构以及控制系统的功能需求,设计了动力刨削系统总体方案,并对重要的硬件设备选型进行了分析。2、以无刷直流电机为被控对象,建立了手柄电机在两相/三相坐标系下的数学模型,设计了一种基于矢量控制策略的手柄电机控制器,该控制器的速度环采用自抗扰控制替代传统PI速度环控制,减小了速度环的输出波动;同时,电流环采用预测电流控制替代传统PI电流环控制,改善了扰动时系统的响应速度。仿真结果表明,相比于传统的PI控制方式,在该控制方法下,手柄电机启动时超调量更小、正常工作时转速精度更高。3、以Altium Designer和Protel99 SE为开发平台,对动力刨削控制系统的硬件电路进行了设计,包括电源电路、三相驱动逆变电路、电流采集电路、滴注电路、过流保护电路、脚踏开关电路等一系列硬件模块;以Keil u Vision5和Visual TFT软件为开发平台,完成了动力刨削控制系统电机控制软件和人机交互界面设计,并对软件各模块工作流程进行了分析。4、搭建了动力刨削系统样机,对所设计的电机驱动系统的位置传感器、端电压、相电压波形和LCD触摸屏的通信功能进行测试后,通过实验验证了样机在不同运行模式下的稳定性,并对样机的转速精度进行测试。测试结果表明所设计的手柄电机控制器能够提高系统的控制性能,符合设计参数指标,验证了该控制系统的可行性与合理性。
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