函數發生器又名任意波形發生器，是一種常用的信號源，廣泛應用于通信、雷達、導航等現代電子技術領域。信號發生器的核心技術是頻率合成技術，主要方法有：直接模擬頻率合成、鎖相環頻率合成（PLL）、直接數字合成技術（DDS）。DDS是開環系統，無反饋環節，輸出響應速度快，頻率穩定度高。因此直接數字頻率合成技術是目前頻率合成的主要技術之一，其輸出信號具有相對較大的帶寬、快速的相位捷變、極高的相位分辨率和相位連續等優點。本文的主要工作是采用SOPC結合虛擬儀器技術，進行DDS智能函數發生器的研制。 本文介紹了虛擬儀器技術的基本理論，簡要闡述了儀器驅動程序、VISA等相關技術。對SOPC技術進行了深入的研究：SOPC技術是基于可編程邏輯器件的可重構片上系統，它作為SOC和CPLD/FPGA相結合的一項綜合技術，結合了兩者的優點，集成了硬核或軟核CPU、DSP、鎖相環、存儲器、I/O接口及可編程邏輯，可以靈活高效地解決SOC方案，而且設計周期短，設計成本低，非常適合本設計的應用。本文還對基于DDS原理的設計方案進行了分析，介紹了DDS的基本理論以及數學綜合，在研究DDS原理的基礎上，利用SOPC技術，在一片FPGA芯片上實現了整個函數發生器的硬件集成。 本文就函數發生器的設計制定了整體方案，對軟硬件設計原理及實現方法進行了具體的介紹，包括整個系統的硬件電路，SOPC片上系統和PC端軟件的設計。在設計中，LabVIEW波形編輯軟件和函數發生器二者采用異步串口進行通信。利用LabVIEW的強大功能，把波形的編輯，系統的設置放到計算機上完 成，具有人機界面友好、系統升級方便、節約硬件成本等諸多優勢。同時充分利用了FPGA內部大量的邏輯資源，將DDS模塊和微處理器模塊集成到一個單片FPGA上，改變了傳統的系統設計思路。通過對系統仿真和實際測試，結果表明該智能型函數發生器不僅能產生理想的輸出信號，還具有集成度高、穩定性好和擴展性強等優點。關鍵詞：智能型函數發生器，虛擬儀器，可編程片上系統，直接數字合成技術，NiosⅡ處理器。
上傳時間： 2013-07-09
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隨著計算機技術的迅猛發展，受其影響的儀器行業也發生了巨大的變革，即儀器的手動操作使用改為計算機控制自動測試。隨著自動測試技術和程控儀器的發展，除了要求物理硬件接口標準化外，也要求軟件控制標準化。 硬件方面，從20世紀50代自動測試概念建立起，經過初期專用接口、半專用接口到20世紀80年代中期才普及推廣開放式標準接口總線，如RS232串行通信接口總線、GPIB通用接口總線、PXI計算機外圍儀器系統總線、VXI塊式儀器系統總線等。 軟件方面，1987年6月頒布的IEEE488．2（程控儀器消息交換協議）標準首先解決了數據結構方面的問題，但仍將大量的器件語義留給設計者自由定義。1990年4月，國際上九家儀器公司在IEEE488．2基礎上提出了SCPI（Standard Commands for Programmable Instruments程控儀器標準命令），才使程控儀器器件數據和命令得到標準化。SCPI的總目標是縮短自動測試系統程序開發時間，保護儀器制造者和使用者雙方的硬、軟件投資，為儀器控制和數據利用提供廣泛兼容的編碼環境。 儀器接收到SCPI消息后進行響應：接收字符串消息、詞法分析、語法分析、中間代碼生成、優化和目標代碼生成，語法分析模塊的性能直接影響到程控執行效率。為了進一步簡化儀器內語法分析模塊、提高程控執行效率，本課題提出了在接口電路中加入解析模塊的思想，可將控制器發送到儀器的SCPI消息即復雜的ASCII碼字符串轉變為簡單的二進制代碼。采用此解析模塊將大大簡化儀器設計者的軟件工作，既能實現儀器語言標準化又能提高儀器對遠程 控制的響應速度，這在研究實驗室內的自制儀器時將是很有用的。 儀器接口有很多種，本課題主要討論了RS232和GPIB兩種接口。本設計中儀器接口板是獨立于儀器的，與儀器單獨使用微處理器，若要與儀器連接實現通信只需在兩微處理器之間進行通信即可，這樣做的目的是：一方面可以不影響儀器的設計和操作，一方面可以實現接口板的通用性和儀器的可換性。針對于RS232接口為一簡單接口，我先將工作重心放在軟件設計上，主要考慮怎樣把復雜的ASCII碼字符串解析為簡單的二進制代碼。針對于GPIB接口，軟件設計的主要部分已完成，再把工作重心放在硬件設計上，采用性價比更高的CPID實現GPIB接口芯片NAT9914。為了觀察解析結果還加入了LCD顯示。本設計在開發通用的、低價的儀器接口板方面做了一個有益的嘗試，為進一步的自動測試系統研究打下了基礎。 關鍵詞：儀器；SCPI；RS232接口；GPIB接口；CPLD
上傳時間： 2013-04-24
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隨著功率開關器件的進步，大量的電力電子變流裝置在國民經濟各領域獲得了廣泛應用，但是這些變流裝置大部分都需要整流環節。傳統的不控整流或相控整流存在網側功率因數低、電流畸變嚴重等缺點。PWM整流器可實現正弦的網側電流、單位或可調的功率因數、能量的雙向流動，是一種真正意義上的“綠色環保”電力電子裝置。PWM整流器可分為電壓型PWM整流器(Voltage—SourceRectifier，VSR)和電流型PWM整流器(Current—SourceRectifier，CSR)。CSR具有直接控制輸出電流、動態響應快、限流能力強等特點，在一些中、大功率應用場合，較之VSR，在經濟和技術上更具優勢。 本文針對電網電壓平衡、不平衡情況、多模塊直接并聯幾個方面，對三相CSR及其控制策略展開了深入研究，論文的主要工作和取得的創新性成果如下： 1、在電網電壓平衡情況下，提出了三相CSR的直流電流非線性解耦控制策略和交流電流非線性解耦控制策略，實現了有功功率和無功功率的獨立、解耦控制，獲得了線性的動態響應。直流電流非線性解耦控制策略是直流電流控制和網側無功電流控制并行的控制策略，具有較快的直流電流響應速度；交流電流非線性解耦控制策略是直流電流(或電壓)控制和網側電流控制級聯的控制策略，具有結構簡單，便于獨立設計直流和交流控制器的特點。 2、考慮了電網電壓不平衡和濾波器參數三相不對稱的情況，提出了基于瞬時有功功率調節的三相CSR的不平衡補償策略，消除了直流電流脈動分量，實現了網側可控的功率因數和正弦的交流電流；提出了基于滑模控制的交流電流控制策略，簡化了控制器結構，實現了對網側電流的無差跟蹤。 3、建立了多模塊直接并聯CSR的環流模型；對任一并聯模塊，提出了總直流電流控制器外加2個均流控制器的直流側控制器結構，保證了流過各模塊上、下橋臂的電流均相等，并且各模塊僅共享總直流電流控制器輸出信號，最大可能地保證了各模塊控制的獨立性。 4、建立了三相CSR實驗系統，進行了初步的實驗研究。
上傳時間： 2013-04-24
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21世紀，人類面臨著實現經濟和社會可持續發展的重大挑戰，能源問題越來越突出，太陽能等可再生能源逐漸成為人類關注的焦點。時至今日，人類對光伏系統的研究越來越深入廣泛，但在光伏系統的研發過程中，太陽能電池由于受日照強度、環境溫度影響較大，導致實驗成本過高，研發周期變長。太陽能電池陣列模擬器便能較好地解決這一問題。 @@ 本文首先對比了模擬式太陽能電池模擬器和數字式太陽能電池模擬器的優缺點，選取了數字式太陽能電池陣列模擬器作為研究對象，并對研究太陽能電池陣列模擬器的實際意義作了闡述。隨后描述了太陽能電池的輸出特性，討論了適合工程計算的太陽能電池陣列數學物理模型。 @@ 本文研究的太陽能電池陣列模擬器由功率電路和控制電路兩部分組成。功率電路選取了半橋型DC/DC電路作為主電路拓撲，對其工作過程進行了分析，并對各部分電路進行了設計。然后設計了電壓電流雙閉環調節器，在此基礎之上用PSIM仿真軟件對所設計的太陽能電池陣列模擬器進行了仿真，包括靜態工作點的仿真以及動態響應速度的仿真，通過仿真驗證了模擬器能夠達到所要求指標。 @@ 控制電路板是整個模擬器的核心控制部分，通過控制運算提供輸出電壓的參考值，進而提供控制功率管開通關斷的PWM信號。本文選取了microchip公司的dsPIC30F2023作為主控制芯片，分析了該型號微處理芯片的性能特點，介紹了模擬信號采樣電路、232通訊電路、人機交互界面電路等外圍電路的硬件設計，調節器采用了數字PID控制。 @@ 在MPLAB集成開發環境中進行了軟件方案的設計，主要包括主程序、生成PWM程序、AD采樣、故障處理、人機交互程序等，介紹了各個模塊的程序流程。 @@ 軟硬件系統設計完成后，最終實現了太陽能電池陣列模擬器，可以為光伏系統的研究提供一個良好的實驗平臺。 @@關鍵詞：太陽能電池陣列模擬器；半橋型DC/DC變換器；dsPIC30F2023
上傳時間： 2013-07-28
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由于傳統供電系統的固有缺陷，當單臺電源供電時，一旦發生故障可能導致整個系統癱瘓，造成不可估計的損失。逆變電源并聯技術是提高逆變電源運行可靠性和擴大供電容量的重要手段。并聯技術可以提高逆變電源的通用性和靈活性，使系統設計、安裝、組合更加方便，使可靠性進一步提高。 本文主要研究逆變電源輸出的數字控制技術，以及逆變電源的并聯控制策略，以改善逆變電源的輸出性能，提高逆變電源的可靠性，并為分布式發電系統提供最基本的單元模塊。本系統采用高頻逆變技術，主電路前級采用BOOST升壓，后級采用半橋逆變電路，以TI公司的TMS320F2806DSP為主控核心實現了系統的控制功能。本文主要研究內容如下： 1.首先介紹了當前的適合逆變電源的控制策略，分析了這些控制策略的優缺點，介紹了當前的適用于逆變電源并聯運行的控制策略，并簡單介紹了它們的原理； 2.介紹了逆變電源無線并聯的關鍵技術，依據下垂并聯控制的數學模型，對并聯系統的功率下垂特性、功率解耦控制思想等方面進行了詳細的分析； 3.通過對當前逆變電源控制策略的分析、研究，對所選的逆變電源主電路進行數學建模，設計了逆變電源三閉環調節控制器，并通過Matlab仿真工具進行仿真，驗證了該控制策略的可行性； 4.建立了單相逆變電源無線并聯控制系統的MATLAB仿真模型，并通過仿真實驗對其進行了驗證分析，結果表明：該基于下垂法控制的無線并聯方案可以使系統實現對輸出有功功率、無功功率和諧波功率的良好控制； 5.采用DSP為主控芯片，設計并制作了單相無線并聯型逆變電源樣機，給出并聯型逆變單元輸出濾波電感參數選擇的工程設計方法和原則，并對上述的三閉環控制策略進行了實驗測試，實驗結果良好。
上傳時間： 2013-04-24
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輕型高壓直流輸電系統在解決交流系統非同步互聯、向偏遠地區的無源負荷供電、滿足保護環境要求等方面具有很大的優勢。在傳統的基于兩電平或三電平電壓源型換流器的輕型高壓直流輸電系統中，換流器交流側需要使用體積龐大和笨重的濾波裝置，橋臂的高電壓需要功率開關器件直接串聯來實現等，增大了換流站的占地空間，降低了換流器的工作效率。 本文針對傳統輕型高壓直流輸電系統所存在的缺點，采用一種新的模塊化多電平換流器作為輕型高壓直流輸電系統的換流器。分析了模塊化多電平換流器的工作原理，并提出將其應用于輕型高壓直流輸電系統的調制算法和控制策略。最后對控制系統的具體實現方案進行一定的探討。通過仿真驗證所提出的調制算法和控制策略的正確性。具體說來，全文的主要工作體現在以下幾個方面： 1、詳細講述模塊化多電平換流器的拓撲結構、子模塊的具體實現形式及工作原理，并提出適合該換流器的調制算法。 2、詳細介紹組成輕型高壓直流輸電系統的電壓源型換流器的工作原理，分析電壓源型換流器的間接電流和直接電流控制策略。 3、對基于模塊化多電平換流器的輕型高壓直流輸電系統進行仿真，驗證所提出控制策略的正確性。 4、探討解決模塊化多電平換流器子模塊直流側電容電壓的均衡問題，提出一種較為簡單有效的控制方法。 5、提出基于模塊化多電平換流器結構的輕型高壓直流輸電控制系統的實現方法，并重點講述子模塊的數字邏輯電路的實現方法。
上傳時間： 2013-04-24
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作為新一代直流輸電技術，基于電壓源換流器的高壓直流輸電憑借其獨特的技術優點取得了飛速的發展，并已在新能源發電系統聯網、電網非同步互聯、無源系統供電、無功補償等場合得到實際工程應用。在我國，VSC-HVDC的研究尚處于起步階段。本論文著重開展了VSC-HVDC技術的數學建模和控制策略的研究。論文的主要工作和取得的創新性成果如下： 1．建立了系統標么值模型，分析了VSC-HVDC的運行原理和穩態功率特性。明確了系統主電路參數對運行特性的影響，在此基礎上提出了一種功率定義下的換流電抗、直流電壓和直流電容以及頻域下的交流濾波器參數設計方法。 2．設計了一種基于無差拍控制的VSC-HVDC直接電流離散控制器。針對控制系統存在的VSC電壓輸出能力限制、PI控制器積分飽和現象和離散采樣時間延遲問題，提出了相應的解決方法，推導了其電流內環控制器與功率外環離散控制器的設計原則。 3．推導了換流站網側與VSC交流側功率節點以及換流電抗與損耗電阻上的瞬時功率方程，在此基礎上提出了一種換流站網側功率節點控制并補償換流電抗與損耗電阻消耗二倍頻功率的不平衡控制策略，設計了該控制策略下的雙序矢量控制器模型。同時針對傳統dq軟件鎖相環在電壓不平衡時鎖相速度慢的缺點，提出了一種基于前置相序分解的頻率自適應dq鎖相環，提高了不平衡控制算法的動態性能與穩態特性。 4．對VSC閥在交流電網低電壓故障下的過流現象進行分析并提出了一種考慮正負序分量影響的指令電流限制器，保證了故障限流效果。分析比較了VSC閥電流裕度穿越法和指令電流限制器穿越法的特性，在此基礎上提出一種結合正負序指令電流限制器與控制模式切換的交流電網低電壓穿越控制方法，從而解決交流電網低電壓故障時系統穩定與VSC過流問題。 5．在分析現有VSC-HVDC拓撲的基礎上，從降低電力電子器件直接串聯數目、器件開關頻率和簡化主電路拓撲結構三個方面出發，將傳統直流輸電中常用的變壓器隔離式多模塊結構引入VSC-HVDC系統，并針對該模塊級聯式拓撲提出一種系統協調控制與模塊獨立運行相結合的新型控制策略。針對該拓撲下送端站存在的各模塊直流側電容電壓均衡問題，提出了一種基于有功分量調節的直流側電壓控制方法。
上傳時間： 2013-06-03
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交流伺服技術是研制開發各種先進的機電一體化設備，如工業機器人、數控機床、加工中心等的關鍵性技術，但是要提高交流伺服系統的控制性能關鍵在于伺服控制器對電機動態和靜態響應的控制，要獲得良好的電機動、靜態性能關鍵在于伺服控制器的控制算法。為此，本文開展了主要針對電機控制算法中的PID控制器參數整定算法研究。研究工作是基于黑龍江省科技攻關項目為支撐。 本論文在查閱大量文獻資料的基礎上，掌握了系統構成和基本控制原理，并分析了國內交流伺服存在的問題，設計了基于TI公司電機數字化控制芯片TMS320F2812的交流伺服控制器的控制單元；基于三菱公司智能化功率器件IPM設計了控制器的功率單元；以及電源單元和相關電路的保護單元。 基于電機矢量控制原理，構建了永磁同步電機的矢量控制模型，在原有研究的基本PID控制基礎上，根據模糊控制的基本原理，研究了應用于電機控制的模糊參數自整定PID控制器設計原理，構建模糊參數自整定PID控制器的數學模型，并進行該系統的仿真研究和實際應用程序設計。 本文的重點是闡述模糊參數自整定PID控制器的設計原理和方法，利用基于模糊參數自整定PID控制器的交流伺服系統仿真模型，應用Matlab/Simulink仿真軟件平臺驗證模型和算法的正確性，并與常規PID控制性能進行對比分析。在實際硬件平臺驗證了本文提出算法的可行性和正確性。 通過仿真和實際結果對比得出結論，模糊參數自整定PID控制器可以提高交流伺服系統的動態和靜態性能。
上傳時間： 2013-04-24
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高壓TSC（Thyristor Switch Capacitor）裝置是指額定工作電壓為6kV-35kV晶閘管投切電容器補償裝置，是一種典型靜止無功補償器，其對增強系統穩定性、提高系統運行經濟性，保證電壓質量及改善電能質量都能發揮良好的作用。目前國內對高壓TSC裝置研制與生產還處于起步階段，加速高壓TSC裝置的國產化，對在我國電力系統中早日推廣與應用高壓TSC裝置具有重大意義。 首先在無功功率的測量上，如何在有諧波干擾等復雜環境下準確檢測無功功率，本文采用了基于快速傅立葉變換的方法，可以很好的完成無功功率的采集。在主電路結構上，晶閘管開關閥是高壓TSC裝置的關鍵構成部件，高壓TSC裝置要求晶閘管開關應具有良好的電氣性能，要求晶閘管開關應是有效和可靠的。本文通過晶閘管特性和串聯技術的研究，給出了晶閘管串聯開關的靜態均壓和動態均壓方法，設計出合理使用的電路結構。通過仿真分析，驗證了均壓電路的效果。 電容器無涌流投入技術也是TSC主要研究點，由于在高壓系統中器件兩端承受的電壓較高，低壓TSC系統中常用的過零固態繼電器或集成過零觸發芯片滿足不了耐壓的需要，本文設計了專門的過零檢測及觸發電路，在器件兩端電壓過零時觸發，避免了由于電容器殘壓過高而造成的巨大沖擊電流，從而在硬件電路上實現電容器組的無過渡過程投切，電路簡單可靠。同時，在控制策略上將幾種投切判據進行了比較，采用了電壓無功復合投切判據，以無功功率作為主判據，電壓作為輔助判據，有效地克服了僅以功率因數作為投切判據的控制方式中的輕載時容易產生投切振蕩而重載時容易出現補償不充分的缺點。
上傳時間： 2013-05-24
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隨著低壓供電系統中感性負荷越來越多，電網對無功電流的需求量急劇增加，為了提高系統供電質量和供電效率，必須對電網進行無功補償。晶閘管投切電容器（TSC）一種簡單易行的補償措施，并已得到廣泛應用。但是長期以來無功補償裝置中的電容器投切開關存在功能單一、使用壽命短、開關沖擊大等不足，這些不足嚴重制約了補償裝置的發展。因此開發大容量快速的集多種功能于一體的電子開關功率單元將是晶閘管投切電容器（TSC）技術中長期研究的主要內容，具有很高的實用價值。 首先，本文回顧了投切開關的發展歷史，并指出它們存在的優點和弊端。闡述了晶閘管投切電容器（TSC）的基本工作原理及主電路的組成和實現手段。 其次，提出功率單元的概念，并介紹了它的組成、功能和作用、對功率單元各個組成部分進行研究，主要包括根據系統電壓和電流選擇晶閘管型號、根據TSC無過渡過程原理的分析來設計過零觸發模塊、利用補償電容上的工作電壓波形設計多功能卡上的工作指示電路、故障檢測電路，根據TSC的保護特點將溫度開關串入到控制信號和冷卻風扇電路，在溫度過高時起到對功率單元的保護作用。然后在理論及設計參數的基礎上制造功率單元。在已有的TSC補償裝置上對功率單元的性能進行實驗，實驗結果表明，論文所設計功率單元能很好的實現投切電容器的作用，還實現各種保護和顯示功能，提高效率和補償效果。 最后，系統地闡述了功率單元作為集成化開關模塊在無功補償領域的優越性，并指出設計中需要完善的地方。
上傳時間： 2013-07-19
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