詳細講述了D類和E類的功率放大器設計原理及其參數選擇方法
標簽： 功率放大器
上傳時間： 2013-06-15
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隨著電子技術的不斷發展，各種智能核儀器逐步走向自動化、智能化、數字化和便攜式的方向發展。針對傳統的多道脈沖幅度分析器體積大，人機交互不友好，不方便現場分析等的缺陷[5]。新型的高速、集成度高、界面友好的多道脈沖幅度分析器的陸續出現填補了這一缺點。 隨著電子技術的發展，以ARM為核的處理器技術的應用領域不斷擴大，相比較單片機而言，它的主頻高、運算速度快，可以滿足多道脈沖幅度分析器的苛刻的時間上的要求。而且ARM處理器功耗小，適合于功耗要求比較苛刻的地方，這些方面的特點正好滿足了便攜式多道脈沖幅度分析器野外勘察的要求。同時，由于以ARM為核的處理器具有豐富的外設資源，這樣就簡化了外設電路及芯片的使用，降低了功耗并增強了產品的信賴性。另外，ARM芯片可以方便的移植操作系統，為多道脈沖幅度分析器多任務的管理和并行的處理，甚至硬實時功能的實現提供了前提。而且在ARM平臺使用嵌入式linux操作系統使多道脈沖幅度分析器的軟件易于升級。 智能化和小型化是多道脈沖幅度分析器的發展趨勢。智能化要求系統的自動化程度高、操作簡便、容錯性好。智能化除了需要控制軟件外，還需要軟件命令的執行者即硬件控制電路來實現相應的控制邏輯，兩者的結合才能真正的實現智能化。小型化要求系統的體積小、功耗小、便于攜帶；小型化除了要求采用微功耗的器件，還要求電路板的尺寸盡量的小且所用元件盡量的少，但小型化的同時必須保持系統的智能化，即不能減少智能化所要求的復雜的邏輯和時序的控制功能。為此采用高集成度的ARM芯片實現控制電路能滿意地同時滿足智能化和小型化的要求。在研制的多道脈沖幅度分析器中，幾乎所有的控制都可以用控制芯片來實現，如閾值設定、自動穩譜以及多道數據采集，在節省了元件的數目和電路板的尺寸的同時仍能保持系統的智能化程度。 Linux內核精簡而高效，可修改性強，支持多種體系結構的處理器等，使得它是一個非常適合于嵌入式開發和應用的操作系統。嵌入式Linux可以運行的硬件平臺十分廣泛，從x86、MIPS、POWERPC到ARM，以及其他許多硬件體系結構。目前在世界范圍內，ARM體系結構的SOC逐漸占領32位嵌入式微處理器市場，ARM處理器及技術的應用幾乎已經深入到各個領域，例如：工業控制，無線通訊，網絡，消費類電子，成像等。 本課題采用三星公司生產的ARM(Advanced RISC Machines，先進精簡指令集機器)芯片S3C2410A設計并研制了一種便攜式的核數據采集系統設計方案。利用ARM芯片豐富的外設資源對傳統的多道脈沖幅度分析器進行改進和簡化。系統由前端探測器系統，以及由線性脈沖放大器、甄別電路、控制電路、采樣保持電路組成的前置電路，中央處理器模塊，顯示模塊，用戶交互模塊，存儲模塊，網絡傳輸模塊等多個模塊組成。本設計基于ARM9芯片S3C2410，并在此平臺上移植了嵌入式linux操作系統來進行任務的調度和處理等。 電路板核心板部分設計采用6層PCB板結構，這樣增加了系統可靠性，提高了電磁兼容的穩定性。數據采集系統是多道脈沖幅度分析器的核心，A/D轉換直接使用了S3C2410內置的ADC(Analog to Digital Converter,模數轉換器)，在2.5 MHz的轉換時鐘下最大轉換速度500 KSPS(Kilo-Samples per second,千采樣點每秒)，滿足了系統最低轉換時間≤5 μs的要求，并且控制簡單，簡化了外部接口電路。由于SD(Secure Digital Card，安全數碼卡)卡存儲容量大、攜帶方便、成本低等優點，所以設計中采用其作為外部的數據存儲設備,其驅動部分采用SD卡軟件包，為開發帶來了方便。本設計采用640*480的6.4寸LCD(Liquid Crystal Display，液晶顯示)屏作為人機交互的顯示部分，并且通過Qt/Embedded為系統提供圖形用戶界面的應用框架和窗口系統。其中包括了波形顯示部分和用戶菜單設置部分，這樣方便了用戶操作。系統的數據存取方面是基于SQLite嵌入式小型數據庫而進行的。為了方便數據向上位機的傳輸，系統設計中采用XML(Extensible Markup Language，可擴展標記語言)格式來組織傳輸的數據，通過基于TCP/IP(Transmission Control Protocol/Internet Protocol)協議的Linux下Socket套接字編程，來進行與上位機或PC(Personal Computer,個人計算機或桌面機)等的連接和數據傳輸。
上傳時間： 2013-04-24
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在現代工業測控領域，人們對數據采集的要求越來越高；不僅要求高速、高精度還要求采集設備便攜化、網絡化和智能化，此外還需要友好的人機界面。傳統的8/16位單片機因資源極度受限，難以滿足上述要求；而PCI或ISA數據采集卡，則存在著安裝麻煩、價格昂貴且電磁兼容性差等缺點。32位嵌入式微處理器的出現很好地解決了上述矛盾，本文的研究正是基于ARM的嵌入式數據采集系統的設計。 本文以齒輪箱或機械轉軸的振動信號為采集對象設計了基于ARM處理器和嵌入式Linux的數據采集系統。該系統硬件平臺以S3C2410主控板和自行研制的振動信號調理板為核心，在此基礎上擴展了UART、RS485、USB、TCP/IP以及單總線通信接口，適應多種條件下的數據傳輸。同時系統提供了LCD顯示和觸摸屏輸入模塊，具備良好的人機交互功能。軟件方面，搭建Linux交叉開發環境，實現了基于Linux操作系統的Bootloader的移植。最后，根據課題需要，完成了A/D采樣和單總線驅動程序的設計。 本嵌入式數據采集系統存儲容量大，硬件接口豐富，軟件資源配置靈活，設計方案具有很好的通用性和可擴展性。
上傳時間： 2013-05-28
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臭氧（O3）作為一種無污染的強氧化劑，已在醫學、衛生、食品、飼養業、養殖業、化工生產、大氣凈化、污水處理和飲用水殺菌消毒等行業廣泛應用，取得了顯著效果，其應用規模也越來越大。在使用中，如果臭氧濃度過高會加大設備造價同時對人體有危害，臭氧濃度太小又難以收到滿意效果。因此在很多場合必須嚴格控制臭氧的濃度，以便達到既能殺菌消毒，又不危害人體健康的目的。目前，臭氧檢測的方法分為兩類，一類是采樣后實驗室分析，首先進行環境空氣的樣品采集，然后拿到實驗室利用化學方法進行分析；一類是自動監測儀器法，利用臭氧自動監測儀進行環境空氣中臭氧濃度的測定。然而在對臭氧消毒后空氣中臭氧濃度檢測的過程中，以上兩種方法具有檢測周期長、操作步驟復雜、設備體積大、不便于攜帶等缺點。因此設計一種檢測方法簡單、體積小、重量輕、低功耗、智能化程度高的便攜式臭氧濃度檢測儀具有一定的現實意義。 在硬件設計上，首先，為了完成臭氧濃度信號的提取，對臭氧傳感器進行了精心的選擇；其次，為了保證傳感器穩定可靠的工作，重點設計了恒電位儀電路，同時為了滿足后續A/D檢測精度的要求，對檢測到的電壓信號進行了調理；最后，為了實現系統的基本功能，以ARM微處理器LPC2210為核心搭建了系統的硬件平臺。 在軟件設計上，為了提高系統的智能化程度，引入了μC/OS-Ⅱ操作系統。同時為了減少系統功耗盡量縮短CPU的運行時間。當儀器無人操作一段時間后，系統會自動關閉一部分外圍器件并且使微處理器處于掉電狀態以減少功耗。 在操作的可靠性方面，設計了一鍵開機功能；同時為了延長電池的使用壽命，設計了電源智能管理模塊。
上傳時間： 2013-05-21
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在工業過程中，許多對象具有滯后特性，由于純滯后的存在，使得系統的超調量變大，調節時間變長。因此滯后過程被公認為較難控制的對象，而且純滯后占整個動態過程的時間越長，難控的程度越大。所以大純滯后對象的控制一直是困擾自動控制和計算機應用領域的一大難題。而這類對象又廣泛存在于石油、化工、釀造、制藥、冶金等工業生產過程中。因此對該問題的研究具有重大的實際意義。 傳統的PID配合Smith預估補償器的控制方法，對模型誤差反映比較靈敏，當存在建模誤差或干擾時，控制效果并不能取得令人滿意的效果。近年來隨著模糊控制、神經網絡控制等智能控制研究的不斷深入，有些學者將它們與Smith預估控制、PID控制及預測控制等相結合，提出了針對不確定大滯后系統的新的控制方法。雖然有些控制方案效果不錯，但系統的復雜程度和調試難度也隨之增加。因此設計簡單、快速、可靠的控制器，仍是一個重大課題。 本文首先介紹了大滯后過程的控制特點，概述了常用的大滯后過程的控制方法及其優缺點。接著概要地介紹了嵌入式系統的優點、發展歷史、現狀及前景。并針對性地介紹了ARM控制器的概況以及它的應用領域。然后本文針對大滯后對象提出了自抗擾控制器與Smith預估補償器相結合的設計方案。通過仿真對比了本方案、PID配合Smith預估補償器及單一的自抗擾控制器的控制效果，表明自抗擾控制器與Smith預估補償器的結合有效地改善了大滯后對象的控制效果，增強了系統的魯棒性和抗干擾能力。為驗證該控制方案的實際控制效果，我們以PCT-II型過程控制實驗裝置中的具有大滯后特性的盤管內部的溫度為被控對象，以JX44BO開發板作為主要的控制平臺設計并完成大滯后控制實驗。所以接下來本文介紹了實現這個嵌入式溫度大滯后控制系統所涉及到的硬件平臺、系統框圖以及實驗內容。然后本文介紹了嵌入式控制平臺的控制界面以及各個主要功能的程序的實現，以及遠程客戶端程序在以太網通訊方面的程序實現和遠程客戶端程序的操作界面。最后本文給出了本次實驗的參數設置以及最終的實驗結果。實驗結果表明在實際應用中本文所提出的方案對于大滯后對象具有較好的控制效果。
上傳時間： 2013-06-11
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大氣能見度(Visibility)是反映大氣透明度的一個指標，是氣象觀測的常規項目，它對航海、航空、陸上交通以及軍事活動等都有重要影響。目前國內能見度儀，特別是適用于海洋惡劣環境中的便攜式、高精度的能見度儀較少，需要研制適合海上測量的能見度儀。 在系統闡述大氣能見度檢測理論依據的基礎上，研究了能見度檢測系統的關鍵技術，主要包括光源的穩定性、微弱信號的相敏檢測技術及信號的抗干擾技術等。本系統由發射模塊、接收模塊、信號處理模塊及電源模塊等組成。設計了發射模塊和接收模塊的光學系統，并進行了發射光源的調制設計、接收模塊中的光電轉換電路、放大電路、帶通濾波電路的設計及信號的鎖相放大電路的設計等。大氣能見度測量屬于微弱信號檢測技術，在海上更容易受到外界自然光及其它環境因素的干擾，因此濾除各種干擾，提取有用的微弱信號是本設計的核心。本文重點研究了光敏檢測技術和適合于微弱信號檢測的鎖相放大技術，設計了以OPT101為核心的光敏檢測電路，有效提高了電路的靈敏度和抗干擾，簡化了設計；設計了以平衡調制解調芯片AD630為核心的鎖相放大電路和由雙D觸發器SN74HCT74及單穩態觸發器M74HC4538B1R組成的移相電路，實驗證明，在較大的噪聲背景下，該電路可以有效地提取出反映能見度變化的有用信號。鎖相放大后的直流信號，經AD處理后輸入到微處理器ARM中，經過理論運算最后得到能見度值。為了保證系統工作的穩定性，特別是海上惡劣環境，對系統進行了防鹽、霧、水的設計，如對鏡頭進行鍍膜、對PCB板進行了三防處理等。 最后進行了能見度儀樣機的研制。
上傳時間： 2013-04-24
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隨著現代電力系統向大容量、高電壓方向發展，廣泛用于大型發電機組測量和保護用的大電流互感器的研制就變得很緊迫。考慮到大電流互感器具有大電流、強電磁干擾和多相運行等特點，在設計大電流互感器時，必須采取有效的屏蔽措施，屏蔽來自鄰相的雜散磁通。傳統的屏蔽方案是采用金屬屏蔽罩，盡管有效，但設備笨重。本文中，作者對有外層屏蔽繞組的大電流互感器進行了各種研究。 大電流互感器采用繞組屏蔽方式后，如何優化設計屏蔽繞組，使屏蔽繞組能夠充分有效地屏蔽雜散磁通對環形鐵心的影響呢?針對上述的問題，本文作者主要完成如下幾個方面的工作： 1、首先對國內外大電流互感器的發展與研究現狀進行了敘述，并成功設計了15000/5A大電流互感器。 2、對精典的電磁場理論和場路耦合法的數學理論進行了深入的研究，建立了大電流互感器的三維場路耦合有限元分析的數學模型和仿真模型。應用有限元軟件ANSYS建立三維有限元仿真模型和基于場路耦合原理的外部耦合電路。 3、理論分析了雜散磁通對電流互感器鐵心的影響；重點分析了繞組屏蔽雜散磁通理論；通過等值電流法，得到無論三相還是多相電流互感器條件下，中間相的電流互感器所受到的雜散磁通是最為嚴重的，為大電流互感器的有效保護提供了科學依據。 4、為了得到最優化屏蔽繞組，對屏蔽繞組的匝數采用離散化替代連續性，再考慮屏蔽繞組在環形鐵心上的位置，共提出了多種優化方案；根據三維場路耦合有限元分析模型，精確計算出屏蔽繞組中的電流、電流分布、環形鐵心中的磁感應強度分布和外層繞組的局部最高溫升，通過比較多種計算結果，得到大電流互感器屏蔽繞組的最優化方案。 5、最后建立了大電流互感器的等效磁勢法和降流回路法兩種試驗方案模型，通過比較試驗方案仿真計算結果和出廠試驗結果，證明了仿真計算結果是正確的，可靠的。 通過對屏蔽繞組進行優化設計后，有效地削弱了雜散磁通，使得大電流互感器輕型化、小型化，節約了大量的銅材料，使得其運輸更加方便。
上傳時間： 2013-04-24
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高溫超導（High Temperature Superconductor,HTS）磁陰電動機與傳統磁陰電動機相比，能夠以更小的體積和重量實現更大的輸出功率、更高的功率因數和效率.國外有關超導磁阻電動機的研究目前還處于初級階段，國內在這一領域更為滯后.論文以普通磁阻電動機的電磁關系為基礎，結合超導材料特殊的電磁特性，初步提出了超導磁阻電動機電磁設計的一般原則;并嘗試進行了一臺額定功率為150W的內反應式HTS磁阻電動機的電磁設計.論文以實際設計的一臺內反應式HTS磁阻電動機樣機作為分析實例，基于第二類超導體臨界態Kim模型和電磁場的有限元方法，提出了一般HTS磁阻電動機的內部磁場及交、直軸同步電抗的分析與計算方法.并在此基礎上進一步研究了如何借助HTS磁阻電動機的電抗曲線分析HTS磁阻電動機的穩態工作特性.論文對常規磁阻電動機與HTS磁阻電動機進行了比較.計算結果表明，在電機尺寸、結構不變的前提下，超導磁阻電動機比常規磁阻電動機明顯地提高了電機X/X值，因而以更小的尺寸獲得了更大的輸出轉矩、更高的效率和功率因數，同時電機的穩定運行區間也有所增大.計算結果還表明，采用抗磁性更強的YBCO塊材作為交軸阻磁介質，能夠保證轉子在獲得較大的直、交軸磁阻差異的同時不必犧牲較大的極孤系數和氣隙寬度，從而氣隙磁密有較好的波形，電機具有較好的同步性能.論文也對幾種具有相同定子但轉子結構不同的HTS磁阻電動機做了比較，比較結果顯示，ALA式HTS磁阻電動機比內反應式HTS磁阻電動機具有更大的輸出轉矩;當輸出功率較大時，ALA結構的HTS磁阻電動機還比內反應結構具有更好的穩態工作特性.另外發現，thin-zebra ALA式HTS磁阻電動機的同步性能比thick-zebra ALA式HTS磁阻電動機更好.在進行內反應式HTS磁阻電動機的設計時，內反應槽既要盡量阻隔交軸磁通，又要分布的比較均勻，這樣才能既獲得足夠的直、交軸同步電抗比，又削弱轉矩脈動，從而最終改善電機的同步性能.
上傳時間： 2013-04-24
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永磁無刷直流電動機是一種性能優越、應用前景廣闊的電動機,傳統的理論分析及設計方法已比較成熟,它的進一步推廣應用,在很大程度上有賴于對控制策略的研究.該文提出了一套基于DSP的全數字無刷直流電動機模糊神經網絡雙模控制系統,將模糊控制和神經網絡分別引入到無刷直流電動機的控制中來.充分利用模糊控制對參數變化不敏感,能夠提高系統的快速性的特點,構造適用于調節較大速度偏差的模糊調節器,加快系統的調節速度;由于神經網絡既具有非線性映射的能力,可逼近任何線性和非線性模型,又具有自學習、自收斂性,對被控對象無須精確建模,對參數變化有較強的魯棒性的特點,構造三層BP神經網絡調節器,來實現消除穩態偏差的精確控制.以速度偏差率為判斷依據,實現模糊和神經網絡兩種控制模式的切換,使系統在不同速度偏差段快速調整、平滑運行.此外充分利用系統硬件構成的特點,采用適當的PWM輸出切換策略,最大限度的抑制逆變橋換相死區;通過換相瞬時轉矩公式推導和分析,得出在換相過程中保持導通相功率器件為恒通,即令PWM輸出占空比D=1,來抑制定子電感對換相電流影響的控制策略.上述抑制換相死區和采用恒通電壓的控制方法,減小了換相引起的轉矩波動,使系統電流保持平滑、轉矩脈動大幅度減小、系統響應更快、并具有較強的魯棒性和實時性.在這種設計下,系統不僅能實現更精確的定位和更準確的速度調節,而且可以使無刷直流電動機長期工作在低速、大轉矩、頻繁起動的狀態下.該文選用TMS320LF2407作為微控制器,將系統的參數自調整模糊控制算法,BP神經網絡控制算法以及PWM輸出,轉子位置、速度、相電流檢測計算等功能模塊編程存儲于DSP的E2PROM,實現了對無刷直流電動機的全數字實時控制,并得到了良好的實驗結果的結果.
上傳時間： 2013-06-01
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DC/DC變換器的并聯技術是提高DC/DC變換器功率等級的有效途徑，而如何實現并聯模塊間輸出電流的平均分配是實現并聯的核心技術.目前的并聯均流技術多是在并聯模塊參數差異不大的情況下實現的，對于并聯系統在并聯模塊參數差異較大的極限情況下的穩態和暫態性能則很少涉及.該文著重對并聯系統在參數差異很大的條件下的工作情況進行了研究.首先利用基于狀態空間平均法的小信號分析對最大均流法的均流原理進行了分析，并對并聯系統的穩定性進行了討論.之后針對已有的均流方案的局限性提出了一種新的具有限流功能的三環控制均流策略.為了驗證所提出的方案的可行性，建立了MATLAB仿真平臺，利用模塊化仿真的思想進行了系統仿真，初步驗證了方案的合理性.最后搭建了實際的DC/DC并聯系統試驗平臺，對采用該方案的并聯系統的穩態和暫態性能進行了全面的考察，得到了令人滿意的結果，證明了具有限流功能的三環控制均流策略是切實可行的.
上傳時間： 2013-04-24
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