作為一個自然不穩(wěn)定系統(tǒng)，倒立擺一直被用作實時控制系統(tǒng)實驗的控制設(shè)備。通過對它的研究不僅可以解決控制中的理論問題，還能將控制理論涉及的三個主要基礎(chǔ)學(xué)科：力學(xué)、數(shù)學(xué)和電學(xué)(包含計算機)進行有機的綜合應(yīng)用。此外，在近代機械控制系統(tǒng)中，如航空航天上直升飛機、火箭發(fā)射、衛(wèi)星發(fā)射及生活中的做體操、花樣滑冰、單輪騎車等等，都存在類似于倒立擺的穩(wěn)定控制問題。因此實現(xiàn)倒立擺系統(tǒng)穩(wěn)定控制的研究對實際工程和現(xiàn)實生活有非常重要的意義。 本論文的主要目標是設(shè)計和建造一個基于數(shù)字信號處理器(DSP)的計算機控制系統(tǒng)來控制倒立擺的平衡。論文中用到的控制理論主要是線性控制理論和反饋控制理論。 本文首先對倒立擺的背景和研究現(xiàn)狀作了總體介紹，簡要的闡述了常見的控制算法。隨后詳細介紹了利用牛頓第二定律及相關(guān)的動力學(xué)原理建立一級和二級倒立擺的數(shù)學(xué)模型，并用MAILAB對倒立擺的運動特性進行了仿真。然后研究倒立擺系統(tǒng)的各種控制策略，比較了各種控制方法的效果。 本論文還設(shè)計了基于DSP的計算機控制系統(tǒng)。詳細介紹了DSP硬件電路設(shè)計和外圍電路設(shè)計，用C和匯編語言編寫了系統(tǒng)的控制程序。 最后，對本論文進行了總結(jié)，對下一步要進行的工作提出了自己的設(shè)想。 整個論文的完成以一定的理論為基礎(chǔ)，既有數(shù)學(xué)模型的分析與推導(dǎo)，方法理論的探討，又有實際控制系統(tǒng)設(shè)計過程，而且研究對象相當?shù)湫汀１疚乃瓿傻墓ぷ鳎瓤梢宰鳛楝F(xiàn)代控制理論的教學(xué)實驗，對于具有類似模型的其他裝置如兩足機器人的研究也有一定的借鑒作用。
標簽： DSP 倒立擺 控制系統(tǒng)
上傳時間： 2013-04-24
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直流電動機具有優(yōu)良的調(diào)速特性,調(diào)速平滑、簡單,且范圍大.同時其過載能力大,能承受頻繁的沖擊負載,廣泛應(yīng)用于切削機床、造紙機等高性能可控電力拖動領(lǐng)域. 以往直流調(diào)速系統(tǒng)控制器采用分立元件,其故障率高,穩(wěn)定性差,技術(shù)落后,很難滿足生產(chǎn)的需要.隨著計算機技術(shù)及通信技術(shù)的發(fā)展,數(shù)字化直流調(diào)速系統(tǒng)克服了這一不足,成為直調(diào)系統(tǒng)的主流. 本文設(shè)計的系統(tǒng)以DSP為主控芯片,監(jiān)控系統(tǒng)控制芯片使用P89C669單片機,通過上下位機的數(shù)據(jù)通訊,實現(xiàn)系統(tǒng)參數(shù)設(shè)計和調(diào)節(jié)的數(shù)字化.下面是具體工作闡述: 1.設(shè)計了電封閉直流調(diào)速系統(tǒng)的硬件和軟件,完成兩臺同軸電機的電封閉實驗. 2.主電路使用三菱公司的IPM-PS21867作為功率輸出模塊,同時設(shè)計了驅(qū)動保護電路、控制電路以及通信保護電路. 3.采用PWM控制方式,編寫了系統(tǒng)的軟件.主要包括主程序、通訊顯示程序以及中斷服務(wù)子程序. 4.完成了樣機的整體布局和調(diào)試,實現(xiàn)了系統(tǒng)的雙閉環(huán)控制. 5.針對由于負載、轉(zhuǎn)動慣量等的變化影響系統(tǒng)的調(diào)速性能,本文基于模型參考自適應(yīng)控制原理,給出了雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)自適應(yīng)的Narendra方案的具體實現(xiàn),通過仿真驗證方案的可行性.
標簽： DSP 控制 直流調(diào)速系統(tǒng)
上傳時間： 2013-04-24
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高壓變頻調(diào)速技術(shù)節(jié)能效果顯著，多電平逆變器是其常用的一種電路拓撲形式。三電平逆變器能降低功率器件耐壓要求、降低諧波含量，普遍地采用電壓空間矢量脈寬調(diào)制的控制策略。將DSP數(shù)字控制技術(shù)應(yīng)用于三電平逆變器不僅簡化了系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)，提高系統(tǒng)性能，還可以實現(xiàn)系統(tǒng)的優(yōu)化控制。 本文首先簡要介紹了三電平逆變器的拓撲結(jié)構(gòu)和控制策略，并闡述了二極管箝位式三電平逆變器電路結(jié)構(gòu)和電壓空間矢量脈寬調(diào)制控制策略的實現(xiàn)方法。在此基礎(chǔ)上，通過對逆變器的工作過程分析，建立了逆變器的數(shù)學(xué)模型。并提出了一種能控制逆變器直流側(cè)電容中點電位平衡并且能降低開關(guān)損耗的電壓空間矢量脈寬調(diào)制方法。 本文在綜述人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的基礎(chǔ)上，提出一種基于復(fù)合人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的電壓空間矢量脈寬調(diào)制算法，充分利用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的快速并行處理能力、學(xué)習(xí)能力，縮短了計算時間，降低了由控制延時引起的諧波成分。最后在MATIAB/Simulink環(huán)境下，結(jié)合ANN工具箱建立了仿真模型。仿真結(jié)果證明了基于復(fù)合人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法的可行性。 本文進行了三電平逆變器的主電路、開關(guān)器件驅(qū)動電路、電流電壓檢測電路和保護電路等的設(shè)計。根據(jù)三電平逆變器主電路功率開關(guān)多，驅(qū)動信號不能共地的特點，本文設(shè)計一種利用光耦隔離驅(qū)動功率開關(guān)器件的驅(qū)動保護電路，降低電磁干擾，并在過流等異常情況下實時保護功率開關(guān)器件。最后以TMS320LF2407DSP為數(shù)字控制平臺，實現(xiàn)了三電平逆變器的電壓空間矢量脈寬調(diào)制控制策略。
上傳時間： 2013-07-07
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風能作為一種清潔可再生能源，發(fā)展迅速，已經(jīng)成為世界新能源最主要的發(fā)展方向之一。本文以863計劃項目"MW級風力發(fā)電機組電控系統(tǒng)研制"為研究背景，介紹了1.2MW永磁同步電機變速恒頻風力發(fā)電系統(tǒng)，研究了變流系統(tǒng)中逆變器的控制方法。 本文首先對風力發(fā)電進行了概述，介紹了我國和世界風電發(fā)展狀況以及技術(shù)發(fā)展趨勢。當今風力發(fā)電技術(shù)，大功率直驅(qū)化和雙饋是兩個發(fā)展方向，本課題1.2MW風力發(fā)電系統(tǒng)就是采用了永磁同步電機加交直交變流系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)模式，中間省去了齒輪箱，減少了維護，具有較好的發(fā)展前景。 論文第二章首先對風輪機葉片的空氣動力特性進行了分析，介紹了不同風速下風力發(fā)電機的控制策略。就直驅(qū)技術(shù)與變速箱/感應(yīng)電機技術(shù)--目前風力發(fā)電領(lǐng)域變速恒頻技術(shù)的兩大發(fā)展方向作了較為詳細的介紹分析。 在變流系統(tǒng)中，逆變并網(wǎng)是重要的環(huán)節(jié)，起到了將電能傳輸?shù)诫娋W(wǎng)的作用。文章中重點分析了三相并網(wǎng)逆變器的主電路結(jié)構(gòu)、原理和工作方法，并進行了理論推導(dǎo)和公式說明。 本文對1.2MW永磁同步電機變速恒頻風力發(fā)電系統(tǒng)的主電路參數(shù)的選擇作了理論推導(dǎo)和計算，包括主電路直流側(cè)電容，網(wǎng)側(cè)電感，三重化升壓電感，網(wǎng)側(cè)濾波電容等，還確定了斬波和逆變部分所采用的開關(guān)管和六相整流所采用的二極管，并在額定正常工作情況下，分別計算斬波和逆變部分開關(guān)管的損耗和開關(guān)管的結(jié)溫。 本課題采用瞬時電流法對并網(wǎng)逆變器進行控制。在實驗中上確定了電壓外環(huán)和電流內(nèi)環(huán)的PI參數(shù)，順利完成了閉環(huán)控制實驗。 文中采用DSP2407高速集成控制芯片是控制的核心，并根據(jù)控制流程圖對其控制進行了軟硬件設(shè)計，實現(xiàn)了控制板上的信號采集、運算、故障檢測、電路驅(qū)動等功能。并進行了小功率試驗，得到了較好的電壓電流波形，并對波形進行了詳細分析，驗證了本文采用方法的正確性。
標簽： DSP 風力發(fā)電 并網(wǎng)逆變器
上傳時間： 2013-07-06
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本文主要的研究為對轉(zhuǎn)永磁無刷直流電動機控制問題，對轉(zhuǎn)永磁無刷直流電動機在艦船、水下航行器等對轉(zhuǎn)推進系統(tǒng)中有著廣泛的應(yīng)用前景。它具有無刷直流電動機的一切優(yōu)點：功率密度大、調(diào)速性能好、運行效率高、結(jié)構(gòu)簡單、運行可靠、維護方便等等。其與普通的永磁無刷直流電動機的差別僅僅在于原來靜止的電樞部分和旋轉(zhuǎn)的永磁體部分都可以相對于靜止部分旋轉(zhuǎn)，即有兩個轉(zhuǎn)子，根據(jù)作用力與反作用力的原理，兩個轉(zhuǎn)子受到的電磁轉(zhuǎn)矩在任意時刻都是大小相等、方向相反的。因此兩個轉(zhuǎn)子必將沿著相反的方向旋轉(zhuǎn)。 論文主要工作和創(chuàng)新點如下： 1)介紹了對轉(zhuǎn)永磁無刷直流電機與普通永磁無刷直流電機的區(qū)別、優(yōu)點及應(yīng)用，詳細分析了其工作原理，并建立對轉(zhuǎn)永磁無刷直流電機本體的數(shù)學(xué)模型，接著利用MATLAB/Simulink建立對轉(zhuǎn)永磁無刷直流電機的仿真模型。 2)研究了無位置傳感器對轉(zhuǎn)永磁無刷直流電機的控制方法。采用基于DSP的三次諧波過零點檢測方法來檢測電機轉(zhuǎn)子的位置與轉(zhuǎn)速，采用數(shù)字鎖相環(huán)對三次諧波過零點進行90°延遲： 3)控制系統(tǒng)采用雙閉環(huán)控制，即速度環(huán)與電流環(huán)來組成調(diào)速控制系統(tǒng)，其中速度環(huán)采用了基于改進的BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)PID自適應(yīng)控制，電流環(huán)采用滯環(huán)控制，并對整個系統(tǒng)進行仿真。 4)在仿真研究的基礎(chǔ)上，本文進行了以TMS320I~F2407A的DSP芯片為控制核心的無位置傳感器對轉(zhuǎn)永磁無刷直流電機數(shù)字控制系統(tǒng)的軟硬件設(shè)計。
上傳時間： 2013-04-24
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開關(guān)電源具有體積小、重量輕、效率高、發(fā)熱量低、性能穩(wěn)定等優(yōu)點，廣泛應(yīng)用于電子整機與設(shè)備中，在以往的AC-DC電路中，由二極管組成的不可控整流器與電力網(wǎng)相接，為在電網(wǎng)中會產(chǎn)生大量的電流諧波和無功功率而污染電網(wǎng)，使得功率因數(shù)較低。為了提高AC-DC電路輸入端的功率因數(shù)，采用了功率因數(shù)校正。 本文采用TMS320F2812實現(xiàn)開關(guān)電源的功率因數(shù)校正，分析了DSP實現(xiàn)功率因數(shù)校正的控制方法和具體實現(xiàn)，對于軟件中參數(shù)的標么值實現(xiàn)進行了理論推導(dǎo)，為了使輸出功率在輸入電壓變化的一定范圍內(nèi)保持不變，采用了前饋電壓，對于數(shù)字PI調(diào)節(jié)環(huán)采用了抑制積分飽和的方法，以防止系統(tǒng)失控。 論文中通過對AC-DC整流電路和加入Boost功率因數(shù)校正后的電路進行了Matlab的仿真，通過輸入電壓和輸入電流波形的比較，可以很容易地看到功率因數(shù)的提高。 在具體的電路實現(xiàn)中，采用霍爾元件檢測輸入電感電流、輸入電壓和輸出電壓，經(jīng)過DSP的A/D采樣后，在DSP內(nèi)部經(jīng)過程序計算，輸出PWM波形驅(qū)動MOSFET的開通與關(guān)斷，使輸入電感電流波形與輸入電壓波形一致。 本文實現(xiàn)了系統(tǒng)仿真，給出了仿真波形，分析了硬件設(shè)計電路并完成了電路的局部仿真，軟件編程方面給出了主程序和各個子程序的軟件流程圖，提出了以后研究的方向。
上傳時間： 2013-06-17
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近年來隨著用電設(shè)備對供電電源的性能和可靠性要求越來越高，不間斷供電系統(tǒng)(UPS)得到了廣泛應(yīng)用。UPS模塊化并聯(lián)可實現(xiàn)大容量供電和冗余供電，是提高UPS容量和可靠性的一條重要途徑，因而被公認為當今逆變技術(shù)發(fā)展的重要方向之一。 本文主要致力于無輸出隔離變壓器的逆變器并聯(lián)系統(tǒng)環(huán)流特性及其并聯(lián)控制實現(xiàn)的研究。首先探討了基于電壓電流雙閉環(huán)控制的逆變器控制設(shè)計方法，在確定雙閉環(huán)控制逆變器閉環(huán)傳遞函數(shù)并了解其等效輸出阻抗特性的基礎(chǔ)上，建立了基于等效輸出阻抗的并聯(lián)系統(tǒng)模型分析其環(huán)流特性，并提出了一種新的基于有功功率和無功功率的逆變器并聯(lián)控制方案，包括：基準電壓相位和幅值的調(diào)整，PI控制參數(shù)設(shè)計，有功和無功功率計算，逆變輸出電壓同步鎖相等。此外本文還特別討論了雙閉環(huán)控制逆變器輸出電壓直流分量產(chǎn)生原因，提出了逆變器輸出電壓直流分量檢測與高精度數(shù)字調(diào)節(jié)方法，研究了雙閉環(huán)控制逆變器并聯(lián)系統(tǒng)直流環(huán)流產(chǎn)生原因及其檢測與抑制方法。最后通過實驗和實驗波形驗證本文所介紹的逆變器并聯(lián)控制方案的可行性。
上傳時間： 2013-04-24
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本論文針對6kV/400kW三相異步電動機的中壓變頻器試驗裝置，從分析目前中壓變頻器常用的主回路拓撲入手，詳細闡述并分析了本文研究的單元串聯(lián)型中壓變頻器控制系統(tǒng)。 本文首先從理論上分析了多單元串聯(lián)型中壓變頻器脈寬控制原理。然后，把一種高性能的V/f控制方案引入中壓變頻器控制系統(tǒng)。通過矢量補償定子壓降，進行轉(zhuǎn)差補償和對電機電流進行限制控制，實現(xiàn)了具有很好的低頻性能并具有防“跳閘”等功能的V/f控制方案。 同時，本文將Siemens公司通用變頻器的時隙、連接紙的概念運用到中壓變頻器控制領(lǐng)域。增加了系統(tǒng)的可變性，自由性和方便性。設(shè)計了具有系統(tǒng)組態(tài)功能的模塊化軟件，其中著重對控制軟件中的幾個重要功能進行了分析討論。這些重要功能模塊有：控制字和狀態(tài)字、順序控制、V/f曲線、給定積分器、基于電壓補償?shù)妮敵鲎詣臃€(wěn)壓算法、通訊功能等。 中壓變頻器在實驗室設(shè)計為6kV/22kW試驗系統(tǒng)，實際設(shè)計為6kV/400kW的變頻系統(tǒng)裝置。本文給出了實驗室調(diào)試結(jié)果及分析。實驗結(jié)果表明，該中壓變頻器能夠安全、穩(wěn)定地運行。
上傳時間： 2013-04-24
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工業(yè)領(lǐng)域中需要大量的AC/DC整流電源。隨著現(xiàn)代電力電子技術(shù)的不斷發(fā)展，人們曰益意識到低功率因數(shù)整流系統(tǒng)造成了諧波污染和電網(wǎng)公害。因此消除電網(wǎng)諧波污染，提高功率因數(shù)，成為整流系統(tǒng)的發(fā)展趨勢。由于中大功率的電力電子設(shè)備在電網(wǎng)中占很大的比重，因此高功率因數(shù)的三相整流器的研究已成為當今國內(nèi)外研究的一大熱點。 隨著數(shù)字控制技術(shù)的不斷發(fā)展，越來越多的控制策略通過數(shù)字信號處理器(DSP)得以實現(xiàn)。數(shù)字控制的特有優(yōu)點：簡化硬件電路，克服了模擬電路中參數(shù)溫度漂移的問題，控制靈活且易實現(xiàn)先進控制等，使得所設(shè)計的電源產(chǎn)品不僅性能可靠，且易于大批量生產(chǎn)，從而降低了開發(fā)周期。因此，數(shù)字化控制電源已成為當今于開關(guān)電源產(chǎn)品設(shè)計的潮流。 本文首先給出了幾種常見的三相功率因數(shù)校正方案，并對其進行了比較和分析，在前面的基礎(chǔ)上提出了：三相三開關(guān)三電平拓撲結(jié)構(gòu)和雙閉環(huán)控制的策略結(jié)合的三相PFC系統(tǒng)。緊接著介紹了DSP芯片的特點及其在電力電子裝置中的應(yīng)用，首先介紹目前DSP芯片的發(fā)展，通過比較選定了TI公司的TMSLF2407芯片作為本文的處理芯片，而后基于對TMSLF2407芯片的內(nèi)部資源和該芯片數(shù)字式PWM信號產(chǎn)生的原基于DSP的三相有源功率因數(shù)校正研究與設(shè)計理的分析，提出了三相PFC的數(shù)字化解決方案。在第四章中介紹了基于DSP數(shù)字控制的PFC的總體設(shè)計方案，電路所采用的是基于平均電流方案的雙閉環(huán)控制策略。內(nèi)環(huán)通過瞬時值控制獲得快速的動態(tài)性能，保證輸出畸變率較低，外環(huán)使用輸出電壓的瞬時值控制，具有較高的輸出精度。本文最后應(yīng)用仿真軟件MATLAB中的SIMULINK對系統(tǒng)進行仿真，驗證控制策略的可行性，并有助于系統(tǒng)主電路和控制電路的設(shè)計。對于三相變換器這種復(fù)雜的非線性系統(tǒng)，需要模擬、數(shù)字信號混合仿真，仿真比較難以實現(xiàn)。一是因為模型難以建立二是即使建立起一個模型，由于電路復(fù)雜，仿真軟件也未必能保證其收斂性。所以經(jīng)過簡化，利用MATLAB中的SIMULINK構(gòu)建了變換器的電壓模型，用于驗證設(shè)計方法和設(shè)計參數(shù)的正確性。
標簽： DSP 三相 有源功率因數(shù)校正
上傳時間： 2013-05-31
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本論文主要以TI公司的TMS320LF2407A型DSP為電機控制核心芯片,進行了空間矢量PWM變頻調(diào)速系統(tǒng)的研究,并對DSP用于雙饋調(diào)速的進行了探討.本文總結(jié)了電力電子器件、PWM技術(shù)、電機變頻控制技術(shù)的發(fā)展和現(xiàn)狀,并通過分析和總結(jié)正弦脈寬調(diào)制(SPWM)技術(shù)和電壓空間矢量(SVPWM)控制技術(shù)的特點,得出SVPWM控制技術(shù)在變頻調(diào)速數(shù)字控制上有較大的優(yōu)勢和廣闊的應(yīng)用前景.本文設(shè)計了空間矢量變頻調(diào)速系統(tǒng),并獲到了較理想的SVPWM控制波形,基本達到控制系統(tǒng)要求.同時在DSP用于雙饋調(diào)速的探討中,提出了一種轉(zhuǎn)子感應(yīng)電勢檢測的解決方案,獲得了MULTISIM仿真波形;給出了DSP控制的雙饋調(diào)速系統(tǒng)框圖及一些相關(guān)軟件算法.
上傳時間： 2013-08-02
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