基于現(xiàn)場總線的網(wǎng)絡技術研究是自動控制領域發(fā)展的一個熱點。在各種工業(yè)現(xiàn)場總線中，CAN總線以其成本低、速度快、實時性和可靠性較高等特點被廣泛應用于各領域。CIA(CAN in Automation)協(xié)會發(fā)布了完整的CANopen協(xié)議，定義了應用層和通訊子協(xié)議，為基于現(xiàn)場總線的分布式控制系統(tǒng)的廣泛應用提供了解決之道。 本文研究國內外現(xiàn)場總線發(fā)展現(xiàn)狀后，以改善現(xiàn)場總線網(wǎng)絡通訊系統(tǒng)的運行效率，提高實時性和信息處理能力為前提，淺析CAN總線高層通訊協(xié)議CANopen，分析了主、從節(jié)點的各個功能，說明了功能的設計和實現(xiàn)方案。 然后，本文將CANopen協(xié)議應用于分布式控制系統(tǒng)，詳細論述了基于PIC18控制器的從節(jié)點和基于DSP控制器的主節(jié)點的實現(xiàn)過程。主、從節(jié)點具有基于CANopen協(xié)議的總線通信功能。從節(jié)點具有數(shù)字量和模擬量輸入輸出功能。主節(jié)點可以通過鍵盤對各節(jié)點運行狀態(tài)和各節(jié)點參數(shù)進行調整，還可以通過液晶屏顯示實時控制量和各節(jié)點運行狀態(tài)。PC機能在線監(jiān)測CAN報文數(shù)據(jù)流。本文對兩種類型節(jié)點的設計思想、硬件組成和軟件設計均做了詳盡的闡述，并給出了部分關鍵硬件原理圖和軟件流程圖。 最后，把已開發(fā)的從節(jié)點和主節(jié)點組成一個溫度測控系統(tǒng)和一個電機控制系統(tǒng)。經(jīng)過實驗室測試，證明系統(tǒng)具有良好的實時性，通訊穩(wěn)定可靠，解決了傳統(tǒng)CAN總線節(jié)點通訊可控性差，無法靈活設置的問題。對目前國內CAN總線應用中大多把精力放在硬件之上的底層軟件開發(fā)，少有使用上層軟件協(xié)議的習慣，起到了一定的推動意義，提高了應用水平。
標簽： CANopen 協(xié)議 分布式控制系統(tǒng)
上傳時間： 2013-04-24
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三相逆變器作為交流供電電源的主要部分，廣泛地應用于電動車、電力設備、產(chǎn)業(yè)設備、交通車輛等領域。逆變器的并聯(lián)控制技術以其廣泛的應用前景也得到越來越深入地研究。人們對逆變電源的要求越來越高，高性能、高可靠性的大功率逆變器就是當今逆變電源的發(fā)展趨勢之一。提高逆變電源容量主要有兩個途徑，設計大功率的逆變器和采用逆變器并聯(lián)技術實現(xiàn)電源模塊化。 為此，本文以兩臺400kVA組合式三相逆變器為對象，采用全數(shù)字化控制方式，主要研究了大功率三相逆變器的波形控制技術和并聯(lián)控制技術。本文圍繞大功率組合式三相逆變器，對其主電路結構、系統(tǒng)的數(shù)學模型、波形控制技術以及并聯(lián)系統(tǒng)模型、并聯(lián)控制方案進行了較為詳細的分析和研究。分析了適用于大功率的組合式三相逆變器結構，并給出了400kVA組合式三相逆變器的主電路設計。建立和分析了組合式三相逆變器在ABC、αβ、dq 坐標系下的數(shù)學模型。針對大功率組合式三相逆變器，采用在dq 坐標系下的三相電壓閉環(huán)統(tǒng)一控制方案。為了使大功率三相逆變器得到較好的輸出電壓波形質量，采用PID 瞬時值電壓反饋控制和重復控制并聯(lián)結合的控制方案。分析了PID 控制器和重復控制器的原理，并針對400kVA 三相逆變器的系統(tǒng)性能，給出了相應數(shù)字PID 控制器和重復控制器的設計。并利用Matlab 建立了系統(tǒng)的仿真模型，給出了理論研究結果。提出了有效提高系統(tǒng)動態(tài)性能的兩種方法：加負載電流前饋和動態(tài)過程中強制改變改變調制比。介紹了大功率三相逆變器的短路限流保護技術，提出了采用瞬時值限流電路和單獨的軟件限流環(huán)相結合的方案，保證大功率三相逆變器在短路時自動限流保護。對兩臺大功率三相逆變器組成的并聯(lián)系統(tǒng)的結構、環(huán)流特性及逆變器的輸出功率進行了分析。詳細分析了輸出阻抗特性不同時，逆變器環(huán)流和輸出功率分配的差異，得出了輸出阻抗對環(huán)流和功率影響的一般規(guī)律。針對大功率三相逆變器并聯(lián)系統(tǒng)，采用基于功率誤差的分散邏輯控制方案。分析了基于功率誤差的分散邏輯控制原理，逆變器輸出功率的檢測和母線信號綜合的脈寬調制原理。根據(jù)400kVA 三相逆變器并聯(lián)系統(tǒng)的輸出阻抗特性，采用了無功調節(jié)輸出電壓幅值和同步鎖相實現(xiàn)相位同步的并聯(lián)控制策略。 本文最后在兩臺400kVA組合式三相逆變器樣機上得到了實驗驗證。實驗結果進一步驗證了大功率三相逆變器的波形控制和并聯(lián)控制策略有效可行性。
上傳時間： 2013-07-03
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隨著國內交流伺服電機等硬件技術逐步成熟，高運算能力的控制芯片與電機控制技術相結合，具有高效、節(jié)能和可移植性好等特點，這樣使得交流伺服系統(tǒng)成為現(xiàn)代電機伺服驅動系統(tǒng)的一個發(fā)展趨勢。 本文主要是基于MCU研究和設計了交流永磁電機位置伺服控制系統(tǒng)。針對三相永磁同步電機的物理方程，通過坐標轉換，在d-q旋轉坐標系下建立轉矩方程，采用Id=0的矢量控制策略，建立一套完整的全數(shù)字交流位置伺服控制系統(tǒng)。 硬件方面，采用的是瑞薩公司專用電機控制Tiny系列芯片M30262F8作為控制芯片，并由三菱公司的第三代IPM模塊PS21564實現(xiàn)功率驅動，簡化了系統(tǒng)電路，縮小了系統(tǒng)的體積，提高了系統(tǒng)的可靠性。由交流電流傳感器檢測三相定子繞組電流；由增量式磁性編碼器檢測永磁轉子位置，并設計一種比較快速的轉子初始檢測方法。 軟件方面，采用結構化語言C和單片機M16C匯編語言混編，實現(xiàn)了單片機初始化、三環(huán)控制、電流跟隨型PWM控制，提高編寫代碼的效率，同時保證系統(tǒng)的實時控制性能；由軟件方式實現(xiàn)經(jīng)典PID控制和簡單模糊控制相結合構成“串聯(lián)校正”閉環(huán)控制系統(tǒng)，提高了系統(tǒng)的快速性和抗干擾能力。此外，本文對控制策略進行了研究，闡述了模糊PID控制策略；還介紹了SPWM、SVPWM和跟隨型PWM調制。 實驗結果表明，本文所設計的伺服控制系統(tǒng)能實現(xiàn)電機的啟動，調速和定位等，并能達到系統(tǒng)的性能指標。
標簽： 位置伺服 控制系統(tǒng)
上傳時間： 2013-05-19
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勵磁系統(tǒng)是電力系統(tǒng)控制的重要組成部分，它直接影響著發(fā)電機的運行可靠性、經(jīng)濟性和電力系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性。勵磁系統(tǒng)性能的優(yōu)化與控制策略的研究，對發(fā)電機乃至整個電力系統(tǒng)的安全運行具有決定性的意義。 本文針對300MW同步發(fā)電機的技術特點，全面論述了勵磁系統(tǒng)主電路拓撲及輔助電路的工作原理。為提高勵磁系統(tǒng)的控制精度與實時性，本文以16位DSP為控制核心，對勵磁調節(jié)單元軟硬件的實現(xiàn)進行研究，以滿足發(fā)電機在不同運行工況下對勵磁系統(tǒng)控制性能的要求。 其次，本文在詳細闡述PID+PSS控制和線性最優(yōu)勵磁控制理論的基礎上，客觀分析了兩種控制方式的優(yōu)點與不足，綜合二者的優(yōu)點引出了綜合勵磁控制的研究方法并在微機上成功實現(xiàn)。通過實驗發(fā)現(xiàn)，綜合勵磁控制器的性能更優(yōu)越，其提高了勵磁系統(tǒng)的控制精度，改善了機組運行的穩(wěn)定性。同時針對單參量PSS存在反調的不足，進行了算法改進，給出了加速功率型PSS的數(shù)學推理與軟件實現(xiàn)；根據(jù)機組的運行結果可知，該算法的改進不僅解決了傳統(tǒng)PSS的反調問題，而且優(yōu)化了PSS抑制低頻振蕩的性能。 最后，本文利用發(fā)電機park微分方程，推導了發(fā)電機起勵與滅磁的數(shù)學方程。在Matlab/Simulink仿真環(huán)境下，建立了起勵與滅磁的仿真模型。給出了發(fā)電機自并起勵、他勵起勵和故障滅磁的仿真結果，并對結果進行客觀地分析，得出了有用的結論。
上傳時間： 2013-04-24
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近年來隨著能源短缺和供電設備對供電電源的性能和可靠性要求的提高，逆變電源并聯(lián)運行技術得到了大力發(fā)展。在逆變電源并聯(lián)技術中，最重要的是如何限制模塊間的環(huán)流，并使并聯(lián)模塊最終達到同步運行。傳統(tǒng)方法被證明已經(jīng)不能滿足要求，隨著DSP數(shù)字信號處理器運算速度越來越快，將DSP應用到逆變電源并聯(lián)系統(tǒng)中已經(jīng)成為一種趨勢。本文在比較了國內外的并聯(lián)系統(tǒng)控制策略的基礎上，提出了將工業(yè)自動化領域熱門的現(xiàn)場CAN總線技術引用到系統(tǒng)中，實現(xiàn)了真正的分布式控制和并聯(lián)逆變電源系統(tǒng)的智能化，提高了實際運行中系統(tǒng)的可靠性。在研究和分析了單臺三相逆變電源的數(shù)學模型的基礎上，設計了基于SVPWM調制和電壓閉環(huán)反饋控制的三相逆變電源，作為并聯(lián)系統(tǒng)的基礎。在并聯(lián)運行技術的研究中，重點分析了并聯(lián)系統(tǒng)的環(huán)流特性，電壓特性和功率特性，提出了一種基于CAN總線的功率均分控制策略。仿真結果證明，這種方法對于環(huán)流的抑制和并聯(lián)模塊的同步運行是行之有效的。針對并聯(lián)逆變電源系統(tǒng)，本文設計了CAN總線的接口電路和相應的通信模塊，并在DSP上實現(xiàn)，確保了在并聯(lián)運行過程中數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐暾院蛯崟r性。最后在TMS320LF2407平臺上，給出了逆變器控制和并聯(lián)相關的硬件電路和軟件流程圖，并用MATLAB對本文涉及到的關鍵算法進行了仿真分析，給出了相應的波形。
上傳時間： 2013-06-08
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本文分別建立了三相電壓型PWM整流器在三相靜止坐標系、兩相靜止坐標系和兩相同步旋轉坐標系中的數(shù)學模型，對三相電壓型PWM整流器多種電流控制策略進行了研究和對比，并對三相電壓型PWM整流器控制系統(tǒng)的設計進行了研究。 通常情況下，PWM整流器控制系統(tǒng)需要用到交流電壓、電流傳感器以及直流電壓傳感器，以實現(xiàn)直流電壓和交流電流的雙閉環(huán)控制。利用傳感器可以快速、便捷地獲得電壓電流參數(shù)，但也導致了系統(tǒng)體積大、成本較高，并降低了系統(tǒng)運行可靠性。為此，本文研究和總結了三相電壓型PWM整流器無交流電流傳感器的三種控制策略：基于直流側電流檢測的控制策略、基于直流電壓檢測的控制策略和基于狀態(tài)空間平均技術的控制策略。并通過Matlab中的Simulink仿真軟件對前兩種控制策略進行了仿真驗證分析。 在以上理論的分析基礎上，本文設計并實現(xiàn)了一套以TMS320F2812 DSP為控制核心的無交流電流傳感器的PWM整流器的控制系統(tǒng)的解決方案，包括控制系統(tǒng)的硬件解決方案和軟件解決方案，搭建了實驗平臺并進行了調試。
上傳時間： 2013-04-24
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當今世界，環(huán)境污染嚴重，能源出現(xiàn)危機，機動車輛排氣污染已占城市大氣污染的很大比重，電動汽車作為無污染交通工具，在市場上具有很大的優(yōu)越性。而電動汽車充電技術也在不斷發(fā)展，不斷優(yōu)化。奧運臨近，我國為把2008年北京奧運會辦成真正的綠色奧運，將在奧運村及北京很多范圍內使用電動汽車。本論文針對2008北京奧運會用電動汽車，對其充電電源進行了系統(tǒng)的研究設計。本文提出了以零電壓零電流(ZVZCS)全橋軟開關變換器為主拓撲的充電電源系統(tǒng)，實現(xiàn)了較高功率因數(shù)與高效率的充電設備。文中首先總結了電動汽車充電電源的研究現(xiàn)狀和充電控制策略，進行了多種全橋軟開關拓撲比較，最終選擇采用副邊簡單輔助電路的ZVZCS變換器拓撲，該拓撲使用一個電容和兩個二極管構成副邊輔助電路，無需有損元件和有源開關器件，輔助電路構成簡單，控制方法簡單，能很好的實現(xiàn)主開關器件的ZVZCS，也能嵌位副邊整流電壓。以可靠性為大前提，對充電電源進行了參數(shù)設計。另外，本文針對輕載情況下，超前臂不能實現(xiàn)零電壓開通的問題，對變換器進行了改進，實現(xiàn)了全負載范圍的軟開關。實驗結果驗證了該拓撲應用于電動汽車充電電源的可行性。
上傳時間： 2013-07-13
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由于世界能源危機的日益嚴重和全球環(huán)境的不斷惡化，大規(guī)模開發(fā)清潔可再生能源成為當前能源戰(zhàn)略的主要方向。太陽能作為當前世界上最清潔、最現(xiàn)實、最有大規(guī)模開發(fā)利用前景的可再生能源之一，得到了各界的廣泛關注。在太陽能的利用中，光伏發(fā)電并網(wǎng)又是其主要發(fā)展方向之一。 由于光伏產(chǎn)業(yè)界目前還沒有統(tǒng)一的標準，又因為功率等級及應用場合的不同，使各種拓撲結構的光伏并網(wǎng)變流器都得以嘗試使用。本文就是在此背景下，對當前使用的各類光伏并網(wǎng)變流器的拓撲結構和控制方法進行比較，并結合光伏并網(wǎng)系統(tǒng)實際應用中暴露的主要缺陷，從適應光伏陣列輸出特性和提高系統(tǒng)整體的可靠性兩方面入手，提出Z-source變換器結合PWM整流器的拓撲結構。 文章首先介紹了光伏并網(wǎng)系統(tǒng)中并網(wǎng)變流器的三種隔離回路方式，及應用于小功率和中大功率場合的不同主電路拓撲結構及控制策略，比較其優(yōu)缺點，提出了Z-source變換器結合PWM整流組成的光伏發(fā)電系統(tǒng)。這種拓撲結構可以減小系統(tǒng)中電解電容的體積容量，并解決由太陽能電池板輸出電壓大范圍變化所帶來一系列問題，同時可以在一定程度上改善系統(tǒng)的可靠性問題。其次，文中分析介紹了Z-source變換器的工作原理，對比了三種升壓控制的實現(xiàn)方式和性能差異，并簡述了逆變器的三種SPWM電流控制策略及其優(yōu)缺點。最后，結合整體系統(tǒng)需要，將Z-source變換器的升壓控制與PWM整流器的并網(wǎng)控制融合，提出完成逆變并網(wǎng)功能和最大功率點跟蹤的控制思想。 根據(jù)上述分析和研究，選定整體光伏系統(tǒng)的硬件結構和控制方案。詳細闡述了系統(tǒng)硬件部分的設計計算，提供了系統(tǒng)主電路結構、參數(shù)計算、元件選型和控制電路的設計的詳細說明，并完成了主電路硬件的制作。根據(jù)空間狀態(tài)方程法對光伏發(fā)電系統(tǒng)進行仿真建模，仿真模型包括主電路拓撲及各控制子模塊，文中簡要說明各控制模塊的功能，給出仿真結果并進行分析。驗證該系統(tǒng)可以較好的實現(xiàn)本文提出的控制方案所應完成的各項功能，系統(tǒng)工作穩(wěn)定可靠，性能良好。
上傳時間： 2013-07-12
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PCB線路板雕刻機可根據(jù)PCB線路設計軟件(如PROTEL)設計生成的線路文件，自動、精確地制作單、雙面印制電路板。用戶只需在計算機上完成PCB文件設計并據(jù)其生成加工文件后，通過LPT通訊接口傳送給雕刻機的控制系統(tǒng)，雕刻機就能快速的自動完成雕刻、鉆孔、隔邊的全部功能，制作出一塊精美的線路板來，真正實現(xiàn)了低成本、高效率的自動化制板。該設備操作簡單，可靠性高，是高校電子、機電、計算機、控制、儀器儀表等相關專業(yè)實驗室、電子產(chǎn)品研發(fā)企業(yè)及科研院所、軍工單位等的理想工具。 線路板雕刻機是一種機電、軟硬件互相結合的高新科技產(chǎn)品，它利用PCB線路設計軟件(如PROTEL)生成的PCB文件信息，轉換為國際通用的G代碼加工文件，直接輸出給雕刻機，來控制雕刻機自動完成雕刻、鉆孔、切邊等工作。它利用物理雕刻方法，通過計算機控制，在空白的敷銅板上把不必要的銅箔銑去，形成用戶設計的線路板。使用簡單、精度高、省時、省料。
上傳時間： 2013-07-16
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控制器局域網(wǎng)(CAN)最初是由德國BOSCH公司為汽車的監(jiān)測、控制系統(tǒng)設計的。它是一種有效的支持分布式控制或者實時控制的串行通信網(wǎng)絡。由于其具有多主機、高性能以及高可靠性，CAN總線已經(jīng)廣泛應用于汽車電子控制、過程控制、機械工業(yè)、紡織機械、機器人、數(shù)控機床、醫(yī)療器械以及傳感器等領域。CAN總線已經(jīng)形成國際標準，并已被公認為幾種最有前途的現(xiàn)場總線之一。 另一方面，隨著電動車的技術的不斷發(fā)展，電動車已經(jīng)開始邁向了市場普及的道路。對于電動車電池的管理和維護越來越成為電動車發(fā)展的重點之一。由于CAN具有抗干擾性強、連接簡單、無主通信等特點，非常適合用來實現(xiàn)實時數(shù)據(jù)的采集和傳輸。因此，本文利用CAN總線為基礎設計了一個電池實時數(shù)據(jù)采集與管理系統(tǒng)，經(jīng)分析、設計、編程和調試，在實際應用中得以實現(xiàn)。 該系統(tǒng)主要包括數(shù)據(jù)采集層，數(shù)據(jù)傳輸層和用戶管理層三個部分。數(shù)據(jù)采集層的主要任務是電池實時數(shù)據(jù)的采集和發(fā)送；數(shù)據(jù)傳輸層的主要功能是通過CAN總線接收數(shù)據(jù)采集層發(fā)送的實時數(shù)據(jù)，并將其轉換成RS232串口協(xié)議發(fā)送到上位機；用戶管理層的主要功能是通過串口接收數(shù)據(jù)，實時顯示，存儲和分析。 論文完成的主要工作有： (1) 通過對系統(tǒng)需求的分析，將整個系統(tǒng)分為三個獨立的層，分別進行了軟硬件設計，實現(xiàn)了系統(tǒng)的模塊化，增強了系統(tǒng)的應用性； (2) 詳細的研究了CAN2.0B協(xié)議和SAE J1939協(xié)議，并在此基礎上，編寫了適合本設計的通訊協(xié)議； (3) 深入研究了MC9S12DG128芯片的硬件結構和軟件設計方法； 本課題的創(chuàng)新點在于利用目前汽車工業(yè)廣泛采用的CAN總線協(xié)議，設計了一套簡單，高效，穩(wěn)定的電池數(shù)據(jù)采集與管理系統(tǒng)，并在實際中得以應用。在系統(tǒng)設計過程中將整個系統(tǒng)分為3個層，大大提升了系統(tǒng)的模塊化水平，有利于系統(tǒng)的擴展和維護。
上傳時間： 2013-07-07
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