超聲波電機（Ultrasonic Motor，簡稱USM）是近二十年來發展起來的一種新原理微型電機，該類電機不同于傳統的電磁感應電機，它是利用壓電陶瓷的逆壓電效應激發超聲振動，借助彈性體諧振放大，通過摩擦耦合使運動體產生旋轉或直線運動。這種電機具有結構緊湊、響應快、低速大力矩、不受電磁干擾、斷電自鎖等優點，在微型機械、機器人、精密儀器、家用電器、汽車、航空航天等方面有著廣泛的應用前景。 二十多年來超聲波電機的研究取得了很大的進展，有些機型已經逐步產業化。為了適應超聲波電機推廣應用和產業化發展的需要，必須加強電機驅動控制技術的研究工作。目前，小型化、通用化、高性能的驅動電源和簡單、實用的控制技術已成為國內外研究的熱點。本文總結了國內外關于超聲波電機的驅動控制技術以及其驅動電源的設計理論與經驗，分析了電機的阻抗特性及其諧振頻率漂移的影響因素。在此基礎上，本文提出了基于保持電機驅動電壓、電流間相位差恒定不變的頻率跟蹤方法，設計了一種新型的超聲波電機驅動電源。 本文開展的主要研究工作如下： （1）簡要介紹了超聲波電機的基本原理、獨特優點、發展歷史以及本論文的選題意義和主要內容。 （2）分析了超聲波電機的阻抗特性，在此基礎上研究了電機頻率漂移的原因及不利影響，總結了各種實現頻率跟蹤的方法。 （3）在理論分析的基礎上，提出了基于保持超聲波電機驅動電壓、電流間相位差恒定不變的頻率跟蹤方法，該方法可以由鎖相環CD4046實現。 （4）對所設計的超聲波電機驅動電源進行實驗，從實驗結果可知該電源能夠有效地驅動電機，并且頻率跟蹤的效果較好，電機轉速的變化可穩定在4％左右。
上傳時間： 2013-06-27
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近年來，隨著工農業的迅速發展，世界能源消耗速度急劇增加。因此，新能源和節能技術的開發已經成為世界各國科技工作者的當務之急。而機車制動能量回收系統是目前國內外節能技術方面研究的熱點之一。 超級電容作為一種新型電荷儲能元件，具有大容量、大電流快速充放電、壽命長和無污染等特性。這些獨特的優點使其在儲能和能量回收方面有著廣闊的應用前景。但是由于超級電容單體電壓的差異，如不對其進行實時檢測，在使用過程中將對整個組件的性能造成極大的影響。另外對超級電容內部特性的不了解也會對其使用造成障礙。 對超級電容電壓檢測方案的研究和對超級電容時域模型的研究，將為超級電容的電壓均衡方案和超級電容的電參數分析提供支持，從而為整個能量回收系統的控制策略提供理論依據。因此以上兩方面的研究將是整篇論文的核心內容。 本文采用模塊化的設計理念，提出了一種兼顧均壓的新型電壓檢測方案。在軟件設計方面，對電壓檢測系統的軟件架構進行分析，利用LabVIEW和ZLGCAN驅動函數包設計了友好的上位機軟件監控界面。本文利用誤差理論相關知識，對超級電容電壓檢測電路的誤差精度進行了詳細分析。 本文對兩種超級電容時域模型進行建模和參數推導，并通過試驗驗證了所建模型的正確性。
上傳時間： 2013-05-16
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在傳統的直線驅動場合，都是由旋轉電機提供原動力，再由絲杠、絲桿、齒條等中間機構轉換為直線運動。這樣的設置，不僅在中間傳動過程中消耗了大量的能量，而且摩擦產生的噪聲也非常明顯，同時也給系統的維護工作帶來了麻煩。 直線電機的出現可以使上述問題得到解決，由于具備直接將電能轉化為直線運動的能力，直線電機已經在機床驅動、集成電路組裝等場合逐漸取代了傳統的旋轉電機的位置。 自19世紀中期直線電機的概念被首次提出以來，經過孕育、實驗、開發和實用這四個階段的發展，并借助于電力電子技術，以及日漸成熟的直線電機控制技術，直線電機已經廣泛應用到了制造業、交通運輸業等各個方面。 與旋轉電機類似，按工作原理的不同，直線電機也有著各種類型，應用較多的是直線步進電機、直線同步電機和直線感應電機。其中直線步進電機更多的是應用在需要精確定位的場合，比如半導體工業；后兩者則被應用在需要連續和大推力的場合，比如機床。而直線同步電機，尤其是永磁直線同步電機，憑借更大的單位面積推力、更高的效率等優點受到了更多的青睞，與此同時，由于沒有了勵磁繞組，電機的整個結構也得以簡化。另一方面，我國豐富的稀土資源也為這種電機的發展提供了廣泛空間。 作為一種較為新穎的電機，目前國內仍缺乏系統化的永磁直線同步電機設計方案，尤其是電樞繞組部分。常用的方法仍是基于傳統的旋轉電機，例如使用雙層疊繞組方案。通過對實際電機的軟件模擬，我們發現這樣的設計思路的表現并不能令人滿意，比如造成了動子線圈槽滿率過大，電機設計難以形成系列化等缺點，而電機本身輸出推力的波動也較大。 針對傳統方案的一系列缺點，本文提出了一種新的永磁直線同步電機設計方案。該方案基于“單元電機”的概念，使用單層同心式線圈。當目標推力要求變化時，只需改變“單元電機”的數目和排列組合的方式，就可以達到改變的目的。而每個單元中的繞組連接方式則不需要改變，由此避免了繁瑣而復雜的繞組設計，這就給電機的系列化設計帶來了便捷。同時，單層繞組的使用也更方便嵌線，也更有利于降低銅耗，提高效率。 在完成單元電機設計任務的基礎上，本文利用加拿大Infolytica公司出品的電磁場有限元分析軟件MagNet對電機的運行進行了模擬，并得到了電機的額定輸出推力曲線和反電動勢曲線，輸出推力曲線較之傳統方案也更平穩。體現了該設計方案的優越性。
上傳時間： 2013-06-29
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開發與利用新能源是我國21世紀的重要能源戰略。風能是一種“取之不盡，用之不竭”、環境友好的可持續性能源，已受到了越來越廣泛的重視，并成為發展最快的新型能源。但是風電具有間歇性和隨機性的固有缺點，隨著大量的風力發電接入電網，勢必會對電力系統的安全、穩定運行以及保證電能質量帶來嚴峻挑戰，從而限制風力發電的發展規模。風電場短期風速和發電功率預測是解決該問題的有效途徑之一。中國的風電場大都是集中的、大容量的風電場，而且處于電網建設相對比較薄弱的地區，因此，中國更需要進行風電場短期風速和發電功率預測的研究，而發電功率的預測主要源自風速的預測。在此背景下，選擇風電場短期風速預測方法作為主要研究內容，主要包括以下幾個方面： 首先運用統計學方法來分析風速的時間序列特性及其預測方法和應用特點，說明現實中的風速序列具有很強的非平穩性。然后運用具有“數字顯微鏡”之美譽的小波變換來分析歷史紀錄的風速數據，通過運用二進正交小波變換Mallat算法對香港和河西走廊地區風速序列進行分解和重構，分離出風速序列中的低頻信息和高頻信息。對Mallat算法分解后的信號，運用最小二乘支持向量機分別進行向前一步預測，然后再把各預測結果合成，得到預測值。建立了基于小波變換和最小二乘支持向量機的短期風速預測方法。應用Matlab對該算法進行了仿真，仿真試驗表明，小波變換是非平穩風速序列時頻分析的有效工具，對風速序列的高頻和低頻信息起到很好的分離作用；最小二乘支持向量機的應用提高了預測的準確性。應用香港地區與河西走廊地區小時平均風速歷史數據，驗證了方法的有效性。
上傳時間： 2013-04-24
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近年來，近距離無線傳輸技術是發展最快、最引入注目的技術，而ZigBee恰恰是填補了低速率無線通信技術的空缺，與其他標準在應用上相得益彰。它專注于近距離傳輸，成本低、同時入門檻也低，雖然其出現較晚，但目前已經得到人們越來越多的關注，成為無線技術研究的一個新熱點。 本文在詳細分析了傳統的抄表方式和無線抄表系統的發展狀況以及相關的無線數據傳輸技術的基礎上，提出了基于ZigBee技術的無線抄表系統的方案。論文在研究ZigBee組網技術的基礎上，設計了基于ZigBee開發平臺的無線嵌入式抄表系統，編寫了相應的軟件，完成了相應的調試和分析，并進行了系統的可靠性、實時性和安全性等問題分析。為了減少系統由于節點路由而造成的功耗損耗過大的問題，本文在組網應用過程中采用Tree+AODVjr的路由算法，從而保持系統能夠保持較小功耗的情況下進行數據的多跳路由，同時以ARM S3C2410為核心實現了基站設計，實現小區電表數據的集中采集，并通過GPRS/GSM模塊實現基站和抄表中心的數據傳輸和實時控制，在此基礎上，對抄表系統軟件也進行了相應的設計。 通過單點對單點、星形網絡數據傳輸實驗，取得了相應的實驗數據，對于協議的特點、系統可靠性和功耗情況有了整體把握，為今后ZigBee技術的進一步研究和應用打下了堅實基礎。 實驗結果顯示，本文提出的方案切實可行，并且采用ZigBee技術具有節約資源、操作方便、可靠性高而且易于管理等特點，基站和系統利用較為成熟的GPRS/GSM網絡技術進行通訊，既滿足了實時性要求，又降低了成本。
上傳時間： 2013-06-27
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隨著市場經濟和現代化工業的發展，能源短缺和環境污染，已經成為制約人類社會健康發展的兩大重要因素。新能源的開發與利用愈來愈受到重視，太陽能以其清潔環保、蘊藏豐富等優點逐步得到了開發利用。光伏逆變電源作為太陽能利用中主要的能量變換裝置，是目前研究和發展的重要環節。 本課題研究的是可并網三相光伏逆變電源，以追求體積小、效率高、精度大、方便實用為目的，采用了DC—HFAC—DC—LFAC三級功率傳輸架構，設計中使用了SPWM技術、SVPWM技術、內高頻環技術、DSP數字控制技術和數字鎖相環技術等前沿實用技術。 直流DC—DC變換器采用內高頻環技術，既實現了電氣隔離又大大的減小了裝置體積。這一部分本文不做涉及，本文所涉及的內容為本系統的DC—AC逆變電源部分，本論文的主要內容如下： 首先，分析了幾種DC—AC逆變器的主電路拓撲結構，根據其優缺點與實際應用需要，選擇三相四橋臂結構作為本文主電路結構，滿足了電網負載的不平衡性。在選擇了三相四橋臂結構的基礎上，選取兩種最新的SVM控制方法：基于三態滯環的瞬時空間電流相量控制法與二維空間矢量控制法，對兩種方法作出詳細分析比較，根據實用性原則，選取二維空間矢量控制法作為本文的控制方法。 其次，選取了主控芯片TI公司的TMS320F2812，電路中的功能盡量數字化實現，既控制了電路體積，又大大提高了系統的安全性與可靠性。設計了本系統的控制電路、驅動電路、緩沖電路、保護電路、濾波器電路等系統電路，本系統所有硬件電路均設計完畢。為了驗證設計的正確性，大部分電路都用ORCAD—Pspice仿真軟件進行仿真驗證，小部分電路搭建實際電路，設計電路都能達到系統設計要求。 隨后，簡單介紹了DSP編程環境CCS。詳細分析了SVPWM的工作原理，并給出二維空間矢量法在DSP中的實現方法。介紹幾種MPPT方法，并選取本課題所選用的方法。 最后，給出系統仿真，分析了重點模塊，得到了仿真結果。 關鍵詞：光伏并網電源、空間矢量脈寬調制、內高頻環、三相四橋臂
上傳時間： 2013-05-19
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風光互補發電系統作為新能源技術應用的重要組成部分越來越受到人們的青睞，所以將此作為新能源研究的切入點，進行一些有益的嘗試和探索。 本文從太陽能電池的光生伏打效應入手，推導出太陽能電池的U-I曲線，并以此作為最大功率跟蹤(MPPT)技術的理論基礎。針對小風機的發電技術也存在的MPPT技術，文章進行了統一性研究，給出了新的控制策略--變步長擾動觀察控制。為了提高系統的充放電效率，文章還對三段式充放電、均衡充電、溫度補償等蓄電池充電理論進行了闡述。 根據上述理論，結合工程實際，設計了風光互補控制器的電路。利用電壓霍爾和電流霍爾實現了風機電壓、太陽能電池電壓、蓄電池電壓和充電電流的實時采樣，利用TMS320F2812DSP的EVA與AD模塊軟件實現對蓄電池欠壓、過壓、運行等模式的智能充放電管理。針對風力發電機的輸出電壓波動大的問題，系統提供了硬件和軟件的風機過速智能保護系統。本系統采用MPPT的控制策略提高了整個系統的效率，設計提供了一套LCD顯示界面和一組LED指示燈增強系統管理的友好性。為了解決風光互補控制器芯片的供電問題，設計了一套以UC3843PWM芯片為核心的反激式輔助電源。該電源用硬件實現了電流內環、電壓外環的雙環控制策略，提高了系統供電的可靠性和穩定性。 研制出了一臺風光互補控制器樣機，進行了有關實驗、檢測與調試。實驗波形和數據都顯示該系統運行穩定可靠，達到了設計要求。該方案可為風光互補控制器的工程設計提供一定的參考。
上傳時間： 2013-04-24
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本文設計的變頻調速恒壓供水系統由上位機、PLC、變頻器、壓力變送器等組成。本系統包含三臺水泵電動機，采用通用變頻器來實現對三相水泵電動機組的軟啟動和變頻調速，運行切換采用“先開先停”的原則。壓力變送器檢測當前水壓信號，送入PLC與設定值經PID比較運算，從而控制變頻器的輸出電壓和頻率，進而改變水泵電動機組的轉速來改變供水量，最終保持管網壓力恒定在設定值附近。把模糊控制算法引入到控制系統中，從而改善了系統的靜動態特性。 模糊控制是一種不依賴于被控過程數學模型的仿人思維的控制技術。它可以利用領域專家的操作經驗或知識建立被控系統的模糊規則，有較好的知識表達能力。但傳統的模糊控制同PID算法一樣，均為“事后調節”，因而對大遲延對象的控制效果不是很理想。預測控制的核心是不僅注意過去及現在的目標值，而且注意將來的目標值，使受控量和目標值的偏差盡可能地小，從而提高系統的控制性能。預測控制和模糊控制是各自獨立發展起來的兩類控制方法，在二者充分發展的基礎上，提出將預測的思想和模糊的思想結合起來，形成一種新的控制方法——模糊預測控制FPC。 本文將FPC技術應用于供水系統，設計出自調整修正因子模糊PID控制器，克服了傳統PID控制設計中的參數調整困難的問題。模糊PID控制是在大誤差范圍內采用模糊控制，以提高動態響應速度；在小誤差范圍內采用PID控制，引入積分控制作用以消除靜態誤差，提高控制精度。本設計通過變頻調速實現恒水壓控制，并針對系統的時滯特點采用Smith預估控制器進行補償。利用Matlab對其模型進行仿真，仿真結果與傳統控制算法相比較，該算法具有魯棒性好，實現簡單，易于在線調整等優點，系統響應曲線沒有超調，系統的建立時間比較短，抗干擾能力強。 通過對上位機和PLC之間通信的分析和研究，完成了上、下位機的通信設置，給出了上位機監控程序編寫方法，通過通信模塊實現了對供水系統的遠程監控及故障報警。 所開發的系統將FPC與PLC相結合，克服了傳統的調節器的缺點，充分發揮了PLC控制靈活、編程方便、適應性強的優點，提高了控制的精確度。實驗結果表明，該系統能對異步電動機轉速實現精確控制，實用性強，具有一定的推廣價值。
上傳時間： 2013-05-19
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隨著環境污染和能源短缺問題的日趨嚴重，尋找一種儲備大、無污染的新能源已經上升到世界各國的議事日程。太陽能作為當今最理想環保的能源之一，已經得到了人類越來越廣泛的應用。本文以光伏（Photovoltaic—PV）并網發電系統為研究對象，以最大限度利用太陽能、無污染回饋電網為主要目標，開展了光伏并網發電系統的理論研究和仿真，具有重要的現實意義。光伏并網逆變器是光伏并網發電系統中必不可少的設備之一，其效率的高低、可靠性的好壞將直接影響整個光伏發電系統的性能和投資。本文主要研究適用于并網型光伏發電系統的逆變器。 本文以一個完整的光伏并網發電系統為研究對象，重點對單相光伏并網系統進行了全面的分析，并從并網系統的主電路拓撲、控制策略、孤島效應以及系統的可靠性分析幾個方面做了詳細的分析和仿真實驗。 首先，介紹了國內外光伏并網發電產業的現狀，并對光伏并網發電系統的組成結構、優缺點、發展趨勢及光伏并網發電系統對逆變器的要求做了簡單介紹，對光伏并網發電系統建立了總體認識。 其次，討論研究了逆變器主電路的拓撲形式，并根據實際情況，選擇了無變壓器的兩級結構，即前級DC/DC變換器和后級DC/AC逆變器，兩部分通過DClink連接。前級的DC/DC模塊采用Boost拓撲結構，后級的DC/AC逆變器采用逆變全橋實現逆變，向電網輸送功率。討論確定了逆變器輸出電流的控制方式，并最終確定了光伏并網發電系統的總體方案。高性能的數字信號處理器芯片（Digital Signal Processor—DSP）的出現，使得一些先進的控制策略應用于光伏并網的控制成為可能。本文以TI公司的數字信號處理器芯片TMS320F2812為核心，設計了控制電路并給出了驅動電路、保護電路的設計以及系統的電磁兼容設計思想。應用MATLAB/Simulink中的工具箱搭建了整個電路模型，進行了仿真實驗研究。 再次，我們已經知道孤島效應問題關系到光伏并網發電系統的安全問題。本文分析了孤島效應產生的原因、對電網的危害和目前各種常用的被動和主動及外部孤島效應的檢測方法。根據本文涉及的光伏并網發電系統的特點，采用了電壓前饋正反饋檢測孤島的方法，然后詳細介紹了該方法的原理和實現過程， 并給出了逆變器的反孤島效應模型和仿真實驗結果。仿真結果證明，該方法是可行的，并且達到了IEEE Std．2000—929標準的規定。 光伏系統的可靠性研究對整個系統的經濟運行乃至投資決策產生了重要影響。本論文以光伏并網發電系統的基本組成為線索，對各部分進行可靠性分析，對滿足一定可靠性水平的光伏并網發電系統進行分析，從而對其的推廣使用起到了理論指導作用。 關鍵詞：光伏并網發電系統；逆變器；孤島效應；DSP；可靠性分析
上傳時間： 2013-04-24
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大功率照明LED（Light Emitting Diode）是新一代光源，它光轉換效率高，也稱作綠色光源。由于大功率照明LED本身的伏安特性，大功率LED的開關電源的研究從一開始就遇到了困難。而發展LED照明是現在節能環保的大趨勢，所以研究開發一種新型的大功率照明LED開關電源是很有必要的。 本文簡要介紹了大功率LED的發光特性、伏安特性及其驅動方案，并回顧了大功率LED開關電源的發展歷史，展望了未來趨勢。給出了大功率LED開關電源課題的背景，并分析了設計難點。在此基礎上，提出了一種新型兩級式方案，前級為PFC級，后級為DC/DC級。PFC級采用電感電流臨界連續模式的Boost變換器，DC/DC級采用準諧振模式的反激變換器。為了提高PFC級在低電壓輸入時的效率，采用了變電壓輸出的控制方案。 文中首先對采用臨界連續工作模式的功率因數校正級的工作原理和主電路參數進行推導與設計，以及對基于L6562的PFC控制電路的設計進行了詳細的研究。其次詳細介紹了準諧振模式的理論基礎和應用，對基于NCP1377B的反激變換器的工作原理和穩態特性進行了詳細的分析；在此基礎上提出了一種高效低損耗的準諧振變換器的設計方案。論文詳細介紹了該方案的工作原理和特點，并分析了鉗位電路及基于TSM103的恒壓/恒流電路及線性穩壓器在提出的兩級式方案中的應用。 結合上面提到的方案，本文研制了一臺全球輸入電壓范圍（90～265Vac），12V/5A輸出的大功率照明LED開關電源，實驗結果驗證了所提方案的可行性。
上傳時間： 2013-07-15
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