永磁直流电机综合测试平台及转子位置辨识方法研究

发布时间：2017-09-14 09:17

  本文关键词：永磁直流电机综合测试平台及转子位置辨识方法研究

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【摘要】：由于具有功率密度高、效率高、控制性能稳定、扭矩输出大等优点,永磁直流电机的应用已经非常广泛。电机性能测试、故障参数的检测、无位置传感器的转子位置检测方法对于永磁电机控制方法的改进、控制性能的验证,以及容错控制方法的研究具有重要的价值。本文利用LabVIEW、USB数据采集卡和各种传感器研制了永磁直流电机综合测试平台,实现了电机转速、转矩、电流、噪声、振动、电压等信号的采集和频谱分析,同时利用反电势过零检测的方法辨识了转子位置信号。具体研究内容如下:在对传统的反电动势过零检测辨识转子位置方法分析的基础上,提出了一种利用线间反电动势过零原理来对转子位置进行估算的新方法。利用Matlab对新的算法进行了仿真,验证了方法的正确性和可行性。设计了电流信号采集模块,再连接加速度振动传感器、声音传感器、扭矩传感器和USB5935数据采集卡,搭建了电机的综合测试平台硬件。利用LabVIEW的各种模块功能对信号采集系统进行控制,实现各参数量的采集、滤波、分析、曲线拟合和转子位置辨识的功能。最后完成了永磁直流电机的电枢电流、振动、噪声、转矩、转速、反电势信号进行实时在线采集,对相关信号进行时域分析和频域分析,并利用反电势估算转子位置信号,与霍尔信号进行了对比,验证了平台和算法的可行性。仿真分析和试验表明,利用数据采集卡、传感器等硬件,利用LabVIEW和线间反电动势过零原理编写的采集系统,能够方便、高效地对永磁直流电机的性能进行在线检测,准确辨识转子位置,为将来的电动汽车电机控制和诊断系统提供服务。
【关键词】：永磁直流电机 测试平台 转子位置 LabVIEW 反电势
【学位授予单位】：河北科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM33
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 绪论9-16
• 1.1 课题研究目的及意义9-10
• 1.2 国内外电机测试平台的研究现状10-11
• 1.3 国内外转子位置辨识的研究现状11-14
• 1.4 本论文工作概述14-16
• 第2章 永磁直流电机的数学模型及特性分析16-23
• 2.1 永磁直流电机的数学模型16-17
• 2.2 永磁直流电机的特性分析17-21
• 2.2.1 永磁直流电机相电流分析17-18
• 2.2.2 永磁直流电机的振动机理分析18-19
• 2.2.3 电机噪声机理分析19-20
• 2.2.4 永磁直流电机工作特性分析20-21
• 2.3 本章小结21-23
• 第3章 永磁直流电机测试平台的硬件设计23-33
• 3.1 平台的硬件选择及设计方案24-32
• 3.1.1 数据采集卡的选择24-27
• 3.1.2 电流信号采集模块27-28
• 3.1.3 反电势信号采集模块28-29
• 3.1.4 振动传感器的选择29-30
• 3.1.5 噪声信号的采集30
• 3.1.6 转速及转矩信号的采集30-32
• 3.2 本章小结32-33
• 第4章 测试平台中的关键技术及算法研究33-45
• 4.1 信号的时域分析33-34
• 4.2 信号的频域分析34-35
• 4.3 最小二乘法在曲线拟合中的应用35-36
• 4.4 线间反电动势检测无刷直流电机转子位置方法36-44
• 4.4.1 线间反电势过零检测原理36-39
• 4.4.2 改进的线间反电势检测方法的Matlab仿真分析39-44
• 4.5 本章小结44-45
• 第5章 永磁直流电机测试平台的软件设计45-57
• 5.1 Lab VIEW软件概述及应用45-46
• 5.1.1 虚拟仪器技术在电机测试平台的应用45
• 5.1.2 软件开发环境Lab VIEW45-46
• 5.2 系统测量单元的软件设计46-56
• 5.2.1 数据采集模块的设计46-49
• 5.2.2 电流有效值模块设计49-50
• 5.2.3 IIR数字滤波器模块50-51
• 5.2.4 转子位置信号辨识模块51-53
• 5.2.5 转矩及转速的测量模块53-54
• 5.2.6 曲线拟合模块54
• 5.2.7 噪声采集模块54-56
• 5.3 本章小结56-57
• 第6章 测试结果与分析57-77
• 6.1 测试内容57
• 6.2 测试结果与分析57-75
• 6.2.1 相电流波形57-60
• 6.2.2 振动波形60-63
• 6.2.3 噪声波形63-64
• 6.2.4 转矩特性曲线64-66
• 6.2.5 转速特性曲线66-69
• 6.2.6 机械特性曲线69-71
• 6.2.7 霍尔信号波形与转子位置信号波形71-75
• 6.3 本章小结75-77
• 结论77-79
• 参考文献79-85
• 攻读硕士学位期间所发表的论文85-87
• 致谢87

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本文编号：849168