微機電系統（MEMS）器件的構成涉及微電子、微機械、微動力、微熱力、微流體學、材料、物理、化學、生物等多個領域，形成了多能量域并交叉耦合。為其產品的建模、仿真以及優化設計帶來了較大的難度。由于靜電驅動的原理簡單使其成為MEMS器件中機械動作的主要來源。而梳齒結構在MEMS器件中有廣泛的應用：微諧振器、微機械加速度計、微機械陀螺儀、微鏡、微鑷、微泵等。所以做為MEMS的重要驅動方式和結構形式，靜電驅動梳齒結構MEMS器件的耦合場仿真分析以及優化設計對MEMS的開發具有很重要的意義。本課題的研究對靜電驅動梳齒結構MEMS器件的設計具有較大的理論研究意義。 本文的研究工作主要包括以下幾個方面： 1、采用降階宏建模技術快速求解靜電梳齒驅動器靜電－結構耦合問題，降階建模被用于表示微諧振器的靜態動態特性。論文采用降階建模方法詳細分析了靜電梳齒驅動器的各參數對所產生靜電力以及驅動位移的關系；并對靜電梳齒驅動器梳齒電容結構的靜電場進行分析和模擬，深入討論了邊緣效應的影響；還對微諧振器動態特性的各個模態進行仿真分析，并計算分析了前六階模態的頻率和諧振幅值。仿真結果表明降階建模方法能夠快速、準確地實現多耦合域的求解。 2、從系統角度出發考慮了各個子系統對叉指式微機械陀螺儀特性的影響，系統詳細地分析了與叉指狀微機械陀螺儀性能指標－靈敏度密切相關的結構特性、電子電路、加工工藝和空氣阻尼，并在此分析的基礎上建立了陀螺的統一多學科優化模型并對其進行多學科優化設計。將遺傳算法和差分進化算法的全局尋優與陀螺儀系統級優化相結合，證實了遺傳算法和差分進化算法在MEMS系統級優化中的可行性，并比較遺傳算法和差分進化算法的優化結果，差分進化算法的優化結果較大地改善了器件的性能。 3、從系統角度出發考慮了各個子系統對梳齒式微加速度計特性的影響，在對梳齒式微加速度計各個學科的設計要素進行分析的基礎上，對各個子系統分別建立相對獨立的優化模型，采用差分進化算法和多目標遺傳算法對其進行優化設計。證實了差分進化算法和多目標遺傳算法對多個子系統耦合的系統級優化的可行性，并比較了將多目標轉換為單目標進行優化和采用多目標進行優化的區別和結果，優化結果使器件的性能得到了改善。
上傳時間： 2013-05-15
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選相控制開關又稱同步開關或相控開關，其實質就是控制開關在電壓或電流的期望相位完成合閘或分閘，以主動消除開關過程所產生的涌流和過電壓等電磁暫態效應，提高開關的開斷能力。本論文首先分析了提高斷路器可靠性的途徑，介紹了相控開關的研究意義及其優點；相控開關的基本原理和分合閘操作過程，為同步開關選相控制器的設計提供了理論依據。 永磁操動機構是近幾年正在發展的一種新型操動機構，它利用永久磁鐵產生的磁力將真空斷路器保持在分合閘位置，而無需任何傳統機械脫扣鎖扣裝置。它機構零部件少，結構簡單，使斷路器動作的可靠性大大提高。二次控制回路采用電子控制模塊，動作迅速并可以實現精確時間控制，采用開關電源輸入范圍寬，輸入輸出用光耦隔離，功耗低，極大地提高了可靠性，使永磁機構真空斷路器成為真正意義的免維護智能化斷路器。單線圈永磁機構結構簡單、體積小，在中壓領域得到越來越廣泛的應用。相控真空開關采用三相獨立操動的單線圈永磁機構，其操作電源為由大功率電力電子器件控制的儲能大容量電容器，通過多次的測試結果表明單線圈永磁機構能很好地滿足相控開關的要求，是相控開關的理想選擇。 本文詳細介紹了以Mega16為控制核心的單線圈永磁機構智能控制器，這種控制系統集保護、控制、開關量監測等功能于一體。可實現對電容電壓實時顯示，具有過電流速斷保護、過電壓和欠電壓保護、閉鎖以及報警等功能。 通過相關試驗測試，表明本系統已經初步達到了設計所要達到的預期效果，為以后的研究以及同步控制系統的完善和優化提供了有益的經驗和參考。
上傳時間： 2013-07-02
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近年來，光伏發電技術取得了長足的進步，太陽能已經成為當今能源的一個重要補充。光伏并網發電是太陽能大規模利用的必然趨勢。本文以光伏并網發電系統的核心設備并網逆變器為研究對象，首先給出了單相光伏并網逆變器的詳細的硬件設計過程，然后對光伏陣列的最大功能點跟蹤、逆變器的特性及控制方法、并網系統的人機交互子系統等進行了深入的研究。 并網逆變器的硬件設計是整個系統的基礎和難點之一。本文設計了1套額定功率為3KW的兩級式光伏并網逆變器，采用F2812DSP作為系統的控制核心。文章對整個硬件的設計過程和電路原理進行了詳細分析。 為提高系統效率，光伏陣列都要求工作在最大功率點處。本文在分析了各種MPPT方法的優缺點的基礎上，提出了基于移相全橋電路的電導增量法，給出了整個算法在DSP中的實現過程。 并網逆變器輸出級的跟蹤控制技術是系統設計的關鍵點之一。本文詳細分析了逆變器輸出級的電路工作模式和數學模型，深入分析了T型輸出濾波器的原理及電網電壓對輸出電流的影響，提出了基于前饋補償的數字PI控制，并給出了其在DSP中的實現過程。 為完成對并網系統的監控和設置，設計了人機交互子系統，該系統是一個小型嵌入式系統，用MODBUS協議實現了子系統和控制系統的通信。本文詳細分析了整個子系統的軟硬件設計過程。 最后，對整個系統進行了實驗驗證，結果表明了系統方案的可行性，系統實現了穩定可靠運行。
上傳時間： 2013-05-26
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電源是電子設備的重要組成部分，其性能的優劣直接影響著電子設備的穩定性和可靠性。隨著電子技術的發展，電子設備的種類越來越多，其對電源的要求也更加靈活多樣，因此如何很好的解決系統的電源問題已經成為了系統成敗的關鍵因素。 本論文研究選取了BICMOS工藝，具有功耗低、集成度高、驅動能力強等優點。根據電流模式的PWM控制原理，研究設計了一款基于BICMOS工藝的雙相DC-DC電源管理芯片。本電源管理芯片自動控制兩路單獨的轉換器工作，兩相結構能提供大的輸出電流，但是在開關上的功耗卻很低。芯片能夠精確的調整CPU核心電壓，對稱不同通道之間的電流。本電源管理芯片單獨檢測每一通道上的電流，以精確的獲得每個通道上的電流信息，從而更好的進行電流對稱以及電路的保護。 文中對該DC-DC電源管理芯片的主要功能模塊，如振蕩器電路、鋸齒波發生電路、比較器電路、平均電流電路、電流檢測電路等進行了設計并給出了仿真驗證結果。該芯片只需外接少數元件就可構成一個高性能的雙相DC-DC開關電源，可廣泛應用于CPU供電系統等。 通過應用Hspice軟件對該變換器芯片的主要模塊電路進行仿真，驗證了設計方案和理論分析的可行性和正確性，同時在芯片模塊電路設計的基礎上，應用0.8μmBICMOS工藝設計規則完成了芯片主要模塊的版圖繪制，編寫了DRC、LVS文件并驗證了版圖的正確性。所設計的基于BICMOS工藝的DC-DC電源管理芯片的均流控制電路達到了預期的要求。
上傳時間： 2013-06-06
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逆變器廣泛應用于工業生產的各個方面，數字控制具有方便實現復雜算法、抗干擾性強和產品容易升級等優點，已成為未來逆變器的發展趨勢。使用數字技術控制設計逆變器，控制器的性能決定了逆變系統系統的性能。然而在很多高頻應用的場合，目前常用的控制器的速度往往不能完全達到要求。與傳統單片機和DSP芯片相比，FPGA器件具有更高的處理速度。同時FPGA應用在數字化逆變器設計中，還可以大大簡化控制系統結構，并可實現多種高速算法，具有較高的性價比。在逆變器的全數字化控制領域，FPGA具有很好的應用價值。 論文首先介紹了SPWM基本原理及其控制方式，SPWM的生成方法，并結合本課題給出了查表法生成SPWM波的一般方法，且以單相全橋逆變器為例進行了仿真。分析其的電路特點，建立PWM逆變器的統一電路模型、連續狀態空間以及離散狀態空間模型，在此數學模型基礎上，針對逆變器研究分析了目前用于逆變器設計的各種數字控制技術、控制方案，討論了其控制方法的優缺點，相關控制器設計的一般問題，最后比較了其優缺點，指出其存在的共性問題，總結了使用FPGA設計逆變器數字控制器的優勢。然后以單相電壓型PWM逆變器為控制模型采用新型模數結合現場可編程門陣列FPGA實現數字化控制器的方案，給出了純正正弦波逆變器的設計方案。 論文詳細論述了采用模數混合型FPGA作為主控芯片的高頻逆變器設計方法與實現過程。系統主控芯片采用Fusion系列AFS600，世界上首個模數混合型FPGA。主要設計要點包括：逆變器硬件電路設計以及SPWM數字控制系統軟件設計。外圍強電電路的設計的難點在于用于前端升壓的高頻變壓器的設計以及輸出端LC濾波電感與電容的選取。另外，SPWM“H”字全橋逆變電路中的高懸浮電壓也是設計中需要值得注意的重要環節。在控制系統軟件設計方面，采用FPGA自上而下的設計方法，對其控制系統進行了功能劃分，完成了SPWM產生器以及加入死區補償的PWM發生器、和反饋等模塊的設計。 論文的結束部分給出了設計結果，并指出了進一步的工作的思路和方向。
上傳時間： 2013-05-19
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目前，小波分析在信息技術和其他學科方面的應用是眾多科技工作者關心的課題。在理論方面，新觀點、新方法不斷涌現。本文旨在完善小波的基本理論，對原有的小波去噪方法作進一步的改進。 經典的信號處理方法，例如傅立葉變換、短時傅立葉變換等具有局限性，因而限定了它們的應用范圍。小波分析作為一種全新的信號處理方法，它將信號中各種不同的頻率成分分解到互不重疊的頻帶上，為信號濾波、信噪分離和特征提取提供了有效途徑，特別在信號去噪方面顯出了獨特的優勢。本文介紹了經典的去噪方法，并對其適用范圍和效果進行了分析和比較。并且，討論了小波分析的基本理論，介紹了連續小波變換、離散小波變換和小波變換的快速分解與重構算法，最后研究了小波基的數學特性，分析了它們對實際應用的影響和作用。進而，介紹了小波的幾種去噪方法：小波變換高頻系數置零去噪方法、小波變換模極大值去噪方法、小波閾值去噪方法、小波空域相關性去噪方法。用小波變換將高頻系數強制置零去噪的方法是比較方便的，但它的不足之處是經將高頻系數強制置零去噪后重構的信號會使信號丟失一些細節，且小波基的選擇亦有相當的難度，只有靠經驗來確定，不過比傳統的濾波方法所得的效果還是要好。對于小波變換模極大值去噪的原理，分析了去噪過程中幾個參數的選取問題，并給出了一些選取依據；對小波閾值去噪方法的幾個關鍵問題進行了詳細討論。對閾值去噪進行了改進，利用均值逼近與閾值去噪相結合的方法來實現信號的處理，并通過實驗仿真實現。實驗結果表明該方法提高了信噪比，去噪效果優于單獨應用閾值去噪的方法。 在空域相關去噪算法的基礎上，進行了改進，利用閾值濾波與相關去噪算法相結合的一種組合去噪算法，仿真試驗結果表明，由該算法濾波之后得到的小波系數不僅連續性好，準確率高，而且易于重構信號。 本文分別對這四種方法進行了算法分析比較，通過實驗仿真來實現，并對實驗結果進行了分析。實驗仿真結果表明了利用小波分析理論對信號去噪的可行性和有效性。 關鍵詞：小波分析，信號去噪，閾值，均值逼近，空域相關
上傳時間： 2013-07-19
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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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變頻器在各行各業中的各種設備上迅速普及應用，已成為當今節電、改造傳統工業、改善工藝流程、提高生產過程自動化水平、提高產品質量以及推動技術進步的主要手段之一，是國民經濟和生活中普遍需要的新技術。但是現有變頻器的調制算法尚存在一些缺點，如開關損耗大和共模電流大等，因此有必要研究和設計高性能調制算法的變頻控制器。鑒于此，開展了以下工業變頻器高性能調制算法為對象的研究內容： 在闡述了工業變頻器系統的結構、調制算法、調速算法的基礎上，結合數學模型，分析了共模電壓產生的原理、共模電流其影響和危害，給出了共模電壓和共模電流的關系。總結其他的抑制共模電壓的方案基礎上，提出一種新的共模電壓抑制SVPWM；還闡述了死區產生的原因及其影響，以及死區補償的原理并將上述兩個調制算法利用MATLAB/SIMULINK軟件對該系統給予了全面的仿真分析。 變頻器硬件部分設計包括整流濾波電路、逆變器功率電路、上電保護電路、DSP控制系統及其外圍電路、IGBT驅動及保護電路以及反激式開關電源，對于傳感器檢測濾波電路的具體電路參數設計，是在PSPICE上仿真基礎上得出。并在考慮成本、EMC、效率等因素后考慮完成了所有硬件相關的原理圖繪制和PCB繪制； 變頻器軟件部分設計包括主程序、鍵盤掃描程序、系統狀態處理程序、PWM發送中斷程序、電機啟動函數、電壓調整程序、AD采樣中斷程序以及故障保護中斷程序。在實現一般SVPWM的基礎上，根據之前理論和仿真得到的共模電壓抑制SVPWM、以及死區補償算法，將這兩個對SVPWM進行改進的調制算法在硬件平臺上實現。 在硬件電路完成設計的各個階段，逐漸編制相應的控制程序，并進行調試，并完成整個程序的編制和調試。此外，還調試了系統所需的反激式開關電源。整個系統調試中遇到了很多問題，如鍵盤消除抖動問題、共模電壓抑制SVPWM出現的直通現象等。最終完成了工業變頻器樣機，并且采用的是文章中研究的調制算法，效果良好，達到設計的目的； 提出了一種將有源功率因數校正(PFC)技術引用到串級調速中來提高定子側功率因數的新方法。通過建立電動機折算到轉子側的等值電路，重點分析了有源PFC技術代替傳統串級調速系統中的不控整流橋后，系統可以等效為轉子串電阻調速。得到了等效串電阻的計算公式和變化趨勢，對電動機功率因數、電磁轉矩脈動也進行了分析，發現能夠比傳統串級調速時有所提升。鑒于電動機轉子側電勢頻率非常低，分析了有源PFC的具體實現的特殊考慮和參數選取方法，并基于對稱平衡的Scott變壓器和兩個單相有源PFC電路實現了繞線電動機轉子側的三相有源低頻PFC，得到超低紋波的直流輸出電壓。利用MATLAB建立了完整的仿真平臺，所得結果驗證了理論分析的正確性。
上傳時間： 2013-07-09
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本文研究了高頻感應加熱電源的鎖相控制技術。分別建立了定角與定時控制技術的MOSFET電壓型諧振逆變器仿真模型，分析比較了兩者的優缺點，從而得出了定角控制技術為較優的結論；通過理論分析與實驗測量MOSFET損耗的方法對最優鎖相角度的選取進行了探索；最后設計了以DSP為核心的定角鎖相控制電路，并運用MATLAB軟件進行了仿真研究以及DSP代碼自動生成，驗證了方案的可行性。這種控制方法可以使逆變器工作在小感性準諧振狀態，降低了MOSFET損耗，具有線路簡單、響應迅速、控制靈活等優點，為工程運用打下了堅實的基礎。
上傳時間： 2013-05-29
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逆變器作為光伏陣列和電網接口的主要設備，它的性能決定著整個光伏發電系統的性能。為了將光伏陣列產生的電能最大限度地饋入電網，并提高其運行的穩定度、可靠性和精確度，必須對并網逆變器的主電路拓撲選擇、濾波器參數設計及其控制策略選取等進行深入研究。 論文首先分析了光伏發電的國內外發展現狀和應用前景，對光伏并網發電系統的種類、結構和并網標準進行了綜述。針對眾多適用于光伏并網的逆變器拓撲進行了詳細的比較分析，最終確定了一臺單相滿載功率1kW、并網電壓220V的逆變器拓撲及其主電路參數，對其輸出濾波器參數進行設計，并對其進行了幅頻特性分析。 其次，詳細分析和研究逆變器的并網控制策略，確定了在獨立工作模式下的瞬時電壓控制策略和在并網工作模式下的瞬時電流控制策略。根據選定的控制策略分別對其控制系統進行了建模和閉環參數設計，并利用Sabet軟件進行系統仿真，驗證了系統建模和設計的正確性。 接著，在分析光伏陣列特性的基礎上，總結和比較了常用的幾種MPPT（Maximum Power Point Tracking）控制方法，通過擾動觀測法對并網逆變器輸出電流的控制，實現了光伏陣列的MPPT，并給出了設計方案和實驗驗證。 最后，根據以上分析結果，研制了一臺基于DSP控制的光伏并網逆變器的試驗樣機，并詳述了其軟硬件的設計方案，給出了相關實驗結果。
上傳時間： 2013-04-24
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