电机控制器散热结构及热仿真分析

电机控制器在工作过程中会产生大量的热,能够快速高效地散热对控制器的稳定性、安全性及寿命具有决定性作用。本研究旨在通过优化电机控制器的散热结构,达到提高其散热效率并使其温度较为均匀分布的目的。首先通过有限元分析对电机控制器进行散热仿真,得到其温升结果及其温度分布。仿真结果发现控制器的散热效率较低,存在温度分布不均匀的情况。为了解决这个问题,对控制器散热结构及其尺寸进行优化,该结构以尽可能地增加散热表面积,从而提高散热效率。结果表明,新的散热结构可以有效提高电机控制器的散热效率并使其温度分布得更加合理。结合优化的散热结构和热仿真技术,我们可以提高电机控制器的散热效率,从而保证电机控制器的稳定性和延长其寿命。本研究的结果对电机控制器的设计和制造具有一定的参考价值。

基于Emulate的锅炉负荷协调控制系统仿真实训

基于罗克韦尔RSLogix5000软件和RSLogix Emulate5000仿真控制器,实现了锅炉负荷协调控制系统组态,利用RSView32开发了监控界面,利用RSLinx软件实现了各部分的数据通信,完成了锅炉协调控制系统的仿真实训项目开发。通过实训项目开发流程,按照整体架构、控制系统设计与仿真和监控界面三大任务,培养高校工科学生的工程意识、工程素质和工程实践能力。

基于PID的电阻炉温度控制仿真

电阻炉是熔炼金属、玻璃成型及陶瓷制造等工业生产中的重要加热设备之一,主要利用电流使炉内电热元件进行发热,在工业背景下,电阻炉温度的准确控制对于生产过程的稳定性和产品质量至关重要。如果温度控制不足够精确,可能会导致材料变质、能源浪费和生产延误,造成一定的经济损失。为了优化这些过程并确保产品质量,精确的温度控制是必不可少的。在分析PID控制器基本原理以及特点的基础上,探讨基于PID的电阻炉温度控制系统设计,并通过Matlab的强大工具和模拟环境,模拟电阻炉温度控制代码,能够帮助进一步理解和改进电阻炉温度控制系统,使电阻炉温度控制更加精准,以满足不断变化的工业需求,生产出更高质量的工业制品,推动制造业的现代化发展。

采用改进BP-PID控制的机器人避障仿真研究

针对移动机器人避障过程中行驶路径长、寻路速度慢等问题,提出了一种改进反向传播-比例-积分-微分(BP-PID)控制器,并对移动机器人避障效果进行仿真验证。利用移动机器人在二维坐标系的避障简图,得出了移动机器人运动方程式。引用比例-积分-微分(PID)控制器和3层BP神经网络结构,利用BP神经网络的学习能力调整PID控制器参数。引用粒子群算法进行改进,通过改进粒子群算法在线优化BP-PID控制器,确保移动机器人BP-PID控制器收敛于全局最优值,从而使移动机器人避障效果更好。在不同环境中,采用Matlab软件对移动机器人避障效果进行仿真,比较改进前和改进后的移动机器人避障效果。结果显示:在不同环境中,改进前和改进后的BP-PID控制器均能使移动机器人安全地躲避障碍物;但是采用改进的粒子群算法优化BP-PID控制器,可以使移动机器人运动路径更短,迭代次数更少,搜索时间更短。采用改进BP-PID控制器,能够提高移动机器人避障过程中寻路速度,缩短行驶路径,效果更好。

基于虚拟仿真技术的高精度数控机床自动控制系统

为实现高精度数控加工,设计基于虚拟仿真技术的高精度数控机床自动控制系统。该系统依托SolidWorks、Deep Exploration等软件,建立数控机床虚拟仿真三维模型,设计数控机床控制约束关系,获取数控机床运行数据,并将该数据内的跟随误差、误差积分、误差微分等作为控制输入变量,设计由神经网络和PID组成的混合控制器,利用该混合控制器输出数控机床自动控制量,实现高精度数控机床自动控制。实验表明:该系统在各种运行环境下的软件移植完整程度均超过95%,在控制数控机床运动速度时,跟随误差始终保持在-50~50 mm/min,应用效果较为显著。

四旋翼飞行仿真器的PID神经元网络控制器设计

针对四旋翼飞行仿真器系统具有多输入、多输出及多变量等特点,设计了一套基于四旋翼飞行仿真器的PID神经元网络控制器。首先建立四旋翼飞行仿真器系统模型,然后以四旋翼飞行仿真器为控制平台,并以MATLAB/Simulink软件为实验平台,搭建PID控制器和PID神经元网络控制器模型,并分别使用两种控制方法进行实时飞行仿真实验。最后实验结果表明,相比PID控制,PID神经元网络控制方法对四旋翼飞行仿真器的调节时间更短、超调量更小,具有更优的控制性能。

基于前馈+预测LQR的智能车循迹控制器设计

为提升智能车辆循迹性能,基于线性二次调节器(linear quadratic regulator,LQR)理论和滑模理论,提出了一种兼顾横纵向跟踪精度与转向稳定性的横纵向控制器。首先,构建了基于二自由度横向动力学模型的前馈LQR控制器。针对模型线性化后前馈LQR控制器转向稳定性降低的问题,结合恒定转弯率和速度(constant turn rate and velocity,CTRV)模型设计预测控制器,建立了基于实时车速-曲率模糊自适应预测时间的前馈LQR控制器。此外为提升纵向车速跟踪稳定性和跟踪精度,提出了一种基于滑模控制理论的纵向跟踪方法。并进行了联合仿真和硬件在环实验验证。结果表明:文中提出的横纵向控制器有效解决了跟踪精度与稳定性两者难以兼顾的问题,提升了智能车辆循迹性能。

直流电机转速PID控制仿真及GUI参数化设计

文章介绍了一种基于MATLAB的PID控制器设计方法,用于控制直流电机的转速.PID控制器是一种常用的控制方法,其可以通过调整比例、积分和微分的参数来实现对被控对象的精准控制.文章在MATLAB中搭建了控制直流电机系统模型,并使用PID控制器对电机转速进行控制.通过仿真结果分析和GUI参数化设计,确定了PID合适的参数.

基于机电液联合仿真的铁钻工柔顺控制研究

铁钻工在运行过程中存在较大的负载扰动,且特定工况下需要实现力控制,控制精度达不到期望要求,容易造成管道损坏。对此,采用阻抗控制方法控制铁钻工的运动,研究液压缸的位移与力跟踪性能。通过建立铁钻工机构运动简图,并利用解析法求得正逆运动学方程。为了提高运动轨迹柔顺性,采用五次多项式插值方法对铁钻工进行运动轨迹规划。设计阻抗控制方法,内环通过PID控制器进行位置控制,外环控制力。通过AMESim和Simulink分别建立铁钻工动力学模型、液压系统模型及阻抗控制模型,通过联合仿真模拟铁钻工运行过程。结果表明:铁钻工在未与环境接触工况下及环境接触工况下均具有良好的位置控制精度,与不采用阻抗控制器相比力跟踪精度提高了42.4%。

低成本航空发动机控制器的低温加热设计及优化

为保证低成本航空发动机控制器在低温环境中稳定工作,设计了一种基于聚酰亚胺(polyimide, PI)加热膜的加热方案。对该加热方案在恒温阶段和升温阶段的加热效果进行了数值仿真分析以及实验验证,仿真与实验结果表明:该方案可以满足控制器的保温需求以及快速升温需求。针对主板元件在升温过程中温度均匀性较差的问题,提出了一种基于遗传算法的加热膜几何形状优化方法,对遗传算法的交叉操作流程和变异操作流程进行了改进,以满足加热膜在实际应用时受到的限制:加热膜布置区域必须为连通域、加热膜覆盖面积保持不变。使用该方法对主板加热膜的几何形状进行了优化,并对优化后的加热效果进行了仿真分析,仿真结果验证了该优化方法的有效性。

冗余机器人运动轨迹模糊PID控制优化与仿真研究

为了提高冗余机器人控制系统输出精度,设计了优化模糊比例-积分-微分(PID)控制系统,通过仿真验证控制系统的可行性。建立了冗余机器人的运动学模型,应用了模糊PID控制系统。研究改进粒子群算法,通过修改交叉算子和非线性动态惯性权重,提高粒子群算法的全局搜索能力。根据冗余机器人模糊PID控制优化流程,利用改进粒子群算法迭代搜索能力在线调整PID控制参数,使得进一步提高冗余机器人控制系统稳定性。在无干扰和有干扰条件下,利用Matlab软件对冗余机器人输出精度进行仿真实验。结果表明:在无干扰状况下,冗余机器人采用2种控制系统,其输出精度没有明显差别。在有干扰状况下,基于改进粒子群算法优化模糊PID控制系统,冗余机器人抗干扰能力增强,输出精度更高。冗余机器人采用改进粒子群算法优化后的模糊PID控制系统,可以得到更稳定的控制效果。

基于自抗扰控制器的永磁同步电机直接转矩控制

针对传统永磁同步电机直接转矩控制(DTC)中转矩和磁链脉动较大以及转速超调的缺点,文中提出了一种基于自抗扰控制器的直接转矩控制策略。对于传统的PI控制策略中的磁链环、转矩环以及转速环不能满足控制系统非线性的需求,所提出的控制策略中非线性的自抗扰控制器满足了系统的非线性需求,提高了控制系统的动态响应能力。该策略中使用自抗扰控制器取代了传统PI控制结构,设计磁链、转矩和转速自抗扰控制器。通过搭建半实物仿真平台,进行实验验证文中控制策略的有效性。实验结果表明所提出的控制策略与传统的直接转矩控制相比较,文中提到的控制策略可以有效降低转矩和磁链的波动并提高系统的稳定性,降低了转速超调,改善了系统的动态性能。

基于模糊平均电流控制的电池电源控制器研究

为保障控制器输出电压的稳定性,引进模拟控制理论,对电池电源控制器展开全面的设计研究。建立电池电源控制推挽式拓扑结构,划分电路工作过程;根据作业需求,设计内环和外环的控制器,内环控制器主要实现对系统内部细节的精确控制,而外环控制器用于调整内环的控制参数;参照PD控制器,开发模糊控制器,设计模糊推理规则,描述输入电压与输出电压之间的模糊关系,实现电压模糊化处理。仿真结果表明:提出的控制器在应用中的效果良好,此控制器可以实现对其运行中扰动的控制,以此种方式,保证电压的输出精度。

基于自抗扰控制器的射频消融电极温度控制系统仿真研究

目的将自抗扰控制器(active disturbance rejection controller,ADRC)应用于射频电极并探讨温度控制效果。方法在MATLAB Simulink仿真平台,建立基于ADRC的射频电极温度控制系统,进行阶跃信号实验。加入幅值为2的阶跃信号扰动,以模拟不稳定的人体内环境。最后,将温度滞后时间τ、温度转换时间T和增益系数K值增加20%和50%,与同条件比例-积分-微分(proportion integration differentiation,PID)控制性能对比。结果(1)ADRC调节时间(15.38 s)较PID(18.68 s)短且超调为0。(2)τ与T值变化时,PID超调最大增量分别为3.55%和8.55%,但ADRC超调均为0;K值变化时,ADRC虽出现超调,但同参数下的超调均较PID小。(3)各种参数变化下,两者受干扰后均能在30 s内平稳快速达到设定值。结论ADRC控制技术在射频电极温度控制中显示超调小、稳定速度快、一定的抗干扰性及参数变化适应性,具有良好的调节能力。

自主可控SFC控制器设计与研发

静止变频器(SFC)是大型同步电机变频启动的核心设备。基于自主可控的软硬件平台,研制了基于国产芯片的自主可控SFC控制器,介绍了该控制器的硬件和软件设计流程,并在实时数字仿真(RTDS)系统中建立同步电机、励磁、电力网络模型,搭建半实物仿真试验平台,测试并验证控制系统功能。测试结果表明:自主可控SFC控制器能够实现同步电机的启动功能,具备工程实施条件。

带有ECC校验的DMA控制器设计

在片上系统(System On Chip,SoC)芯片中,直接存储器访问(Direct Memory Access,DMA)用于处理大量数据,但很少考虑对其内部信号的保护。本文提出了一种新的DMA控制器硬件架构,该架构结合了错误码纠正校验(Error Correcting Code,ECC)算法来增强数据保护。通过对DMA控制器在不同情形下的仿真验证,证实了本文所设计的系统切实可行,能够实现单比特数据错误自动纠错、多比特数据错误报告,对于车载SoC可以提供一定的参考价值。

某域控制器散热结构分析及试验研究

开展了域控制器热设计研究,利用热分析软件ANSYS ICEPAK对散热方案进行仿真验证,仿真结果表明,所采用的热设计方案能够满足域控制器设计需求。样机制作完成后开展热测试试验,试验结果表明,域控制器可在高温65℃环境下稳定运行。最后将试验结果与仿真结果对比,分析得出,所采用的热分析方法能够较为准确地预测控制器热源工作温度。

高可靠LIN控制器IP的设计与实现

LIN虽然为传统总线,但仍大量应用在汽车、智能家居和工业控制等领域。基于此,设计一种高可靠LIN控制器IP。基于AMBA APB3.0标准接口的IP不仅实现了LIN协议规定的数据收发、网络管理等功能,还增加了大量可靠性和安全性相关功能,如错误监测、看门狗、环回自测试、显性电平监控等,通过这些可靠性措施使得IP达到ASIL-B级技术指标要求。针对IP搭建仿真验证环境,完成了SoC级仿真和FPGA原型验证,并基于国内某流片厂商110 nm工艺,完成了逻辑综合,生成了Verilog格式的网表文件。通过测试和逻辑综合分析得出:所提出的控制器IP性能满足协议和设计需求,在110 nm三温三压极限条件最高频率可达625 MHz,逻辑单元约为5 950,等效逻辑门约为10 554,面积为34 676μm2。该IP功能优于对比文献,可直接集成到微控制器MCU、SoC和FPGA设计中,减少设计周期和产品上市时间。

基于反步法控制器的双缸液压系统同步运动控制研究

由于锻造液压机受到诸多内在、外在因素的影响,使得其双缸同步控制精度不满足工况需求。针对此问题,以传统双缸同步控制系统为研究对象,建立液压缸位置控制系统运动学模型,结合Lyapunov稳定性理论,设计反步法控制器,并且应用于并联同步控制结构中;分别搭建基于反步法控制器和PID控制器的双缸同步控制系统AMESim与Simulink联合仿真模型,并进行联合仿真。结果表明:与PID控制器相比,从阶跃响应方面看,反步法控制器最大同步误差减小了62.3%,调定时间减少了26.96%;从正弦跟踪能力方面看,反步法控制器滞后性显著降低,并且能够满足双缸同步控制要求。

基于可编程控制器的交通灯控制系统设计与验证

为满足城市变化带来的交通系统路况控制,设计一种基于可编程控制器的交通灯控制系统。通过理论分析、软件仿真和实物验证三个步骤,实现对城市交通灯的分时段控制。根据交通灯控制的逻辑规则设计出相应的PLC控制程序;利用PLC编程软件进行程序仿真,验证控制逻辑和时序的正确性;在实物中运行程序,并进行验证测试。实验结果表明,设计的PLC交通灯分时段控制系统能够调整信号灯运行状态,有效提高道路的通行效率。该系统具备操作简便、可靠性高、易于维护等优点,可以推广应用。