近年來,人們對環境保護越來越重視,SF<,6>氣體的使用和排放受到限制,從而使電器領域內SF<,6>斷路器的發展也受到限制。而真空斷路器充分利用了真空優異的絕緣與熄弧特性,且對環境不造成污染,所以目前在中壓領域已經占據了主導地位,而且不斷向高電壓、大容量方向發展。因此,未來高壓真空斷路器必然取代高壓SF<,6>斷路器。真空滅弧室是真空斷路器的“心臟”,所以,開發高壓真空斷路器最關鍵的是滅弧室的設計。本文對110kV的真空滅弧室的內部電磁場進行了仿真分析,為我國開發110kV真空斷路器提供一定的參考。 本文采用有限元軟件對110kV真空斷路器滅弧室內部靜電場進行了仿真分析,得到了滅弧室內部各種屏蔽罩的大小、尺寸和位置對電場分布的影響;觸頭距離對滅弧室內部電場分布的影響;傘裙對滅弧室內部電場分布的影響。再根據等離子體和金屬蒸氣具有一定導電率的特點,從麥克斯韋基本方程出發,推導了滅弧室內部電場所滿足的計算方程,然后用有限元法對二維電場進行了求解。考慮到弧后粒子消散過程中,電極和懸浮導體表面會有帶電微粒的存在,又計算分析了帶電微粒對真空滅弧室電場分布的影響,進而提出了使滅弧室內部電場更加均勻的措施。 根據大電流真空電弧的物理模型,基于磁場對電流的作用力理論,計算分析了真空電弧自生磁場的收縮效應以及對分斷電弧的影響,得到了弧柱中自生磁場產生的電磁壓強分布,最后分析了外加縱向磁場分量對減小自生磁場收縮效應的作用。 建立了110kV、1/2線圈以及1/3線圈縱向磁場觸頭三維電極模型,并利用有限元法進行了三維靜磁場和渦流場仿真。得到了電流在峰值和過零時縱向磁場分別在觸頭片表面和觸頭間隙中心平面上的二維和三維分布,給出了這兩種觸頭在電流過零時縱向磁場滯后時間沿徑向路徑和軸向路徑的分布規律,最后還對這兩種觸頭的性能進行了比較。
上傳時間: 2013-07-09
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隨著電力電子技術的飛速發展,越來越多的電力電子裝置被廣泛應用到各個領域,其中相當一部分負荷具有非線性或具有時變特性,使電網中暫態沖擊、無功功率、高次諧波及三相不平衡問題日趨嚴重,給電網的供電質量造成嚴重的污染和損耗.因此,對電力系統進行諧波抑制和無功補償,提高電網供電質量變得十分重要.電力有源濾波器(Active Power Filter,簡稱APF)與無源濾波器相比,APF具有高度可控制和快速響應特性,并且能跟蹤補償各次諧波、自動產生所需變化的無功功率和諧波功率,其特性不受系統影響,無諧波放大威脅.并聯型電力有源濾波器(Shunt Active Power Filter,簡稱SAPF)更是得到了廣泛的應用. 近年來,自適應算法中的遞推最小二乘法(簡稱RLS)應用越來越廣泛,該算法簡單,收斂速度快.應用基于RLS自適應算法的濾波器(簡稱RLS濾波器),可以快速有效的濾除雜波,同時自動調整濾波器參數,不斷改進濾波性能,最終得到所需的信號. 本文研究了基于平均功率和RLS自適應算法的并聯型有源濾波器.它的參考電流是一個同電網相電壓同相位的三相平衡的有功電流,它包含兩個分量:一個是由實測的三相負載瞬時功率計算得到的,基于平均功率算法的電網應該為負載各相提供的有功電流瞬時參考值;另一個是為了維持有源濾波器中逆變器的直流母線電壓基本恒定,主要通過RLS濾波器計算得出的電網各相應該提供的有功電流瞬時參考值.兩個分量的計算共同構成了該有源濾波器參考電流的計算.補償電流指令值與實際補償電流比較生成控制逆變橋工作的PWM脈沖,生成補償電流,達到補償負載無功和抑制諧波的目的. 應用RLS濾波器得到維持直流母線電壓恒定的直流側有功系數A<,dc>,克服了傳統PI控制中參數難以得到且由于參數過于敏感而導致補償后電流紋波太大的問題.使得當穩態時SAPF自身的功率損耗和暫態負載變化時因為直流側電容提供電網和負載之間的有功功率差而引起的電壓的波動迅速反饋到指令電流的計算中.RLS算法收斂快,SAPF實時性大大提高.基于該方法的SAPF結構簡單,無需鎖相器. 根據本文的算法應用MATAB建立了仿真系統,仿真結果表明基于該算法的SAPF的可行性和實時性.
上傳時間: 2013-04-24
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高性能伺服控制系統日益廣泛地應用于現代工業、家用電器和國防等各個領域。采用先進控制策略和全數字控制技術的永磁同步電機伺服系統,已成為高性能伺服系統發展的主流方向。應用在交流伺服系統上的背景技術不斷進步,同時市場對伺服系統性能、成本及自適應能力的要求也不斷提高。 本文從詳細分析了永磁同步電機的數學模型和矢量控制的基本原理,選取了基于id=0轉子磁場定向矢量控制方式,采用電壓空間矢量(SVPWM)調制技術,建立了位置、轉速、電流三閉環控制的永磁同步電機伺服系統。針對伺服系統在運行過程中參數變化及負載擾動等問題,深入分析了連續與離散系統滑模變結構控制器設計的基本原則和方法,將滑模變結構控制與矢量控制相結合,改進了基于趨近率的單段滑模面變結構控制,設計了適用于矢量控制位置伺服系統的分段式滑模變結構控制器。在Matlab/Simulink7.1仿真環境和以Freescale MC56F8346DSP為核心的實驗系統平臺進行了詳盡的仿真和實驗研究。結果表明本系統滿足高性能伺服控制系統的基本要求,滑模變結構控制能夠有效應用于矢量控制伺服系統并提高其魯棒性。
上傳時間: 2013-07-18
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能源和環境的雙重壓力、電子技術與控制理論的飛速發展使得柴油機控制能夠采用電子控制技術,并成為柴油機控制的研究熱點。本文針對我國內燃機車牽引用的柴油機(12V240ZJ6E),主要研究其電控單體泵的電子控制技術。實現了電控單體泵在實驗臺上的電子控制,為最終降低內燃機車柴油機在輕載工況下的燃油消耗率并改善其排放打下基礎。在以下三方面展開研究工作: 首先,根據柴油機的燃油噴射原理,深入研究高壓燃油在泵-管-嘴系統中的傳遞規律,分析燃油噴射系統的各種電子控制方式,結合我國內燃機車柴油機改造的現狀并參考國內外應用實例,確定采用“電控單體泵系統”方案。針對性地分析電控單體泵的特性,總結出電控單體泵的控制規律。 其次,設計電控單體泵的高速大流量電磁閥驅動模塊,其性能直接影響電磁閥的響應特性。通過計算和試驗對比的方法獲得不同驅動電壓、不同續流回路情況時的動態響應,找出最優電路參數和控制參數。用于多缸柴油機的驅動模塊可以修正各單體泵噴油特性的差異。 第三,設計凸輪軸轉速的測量模塊。采集安裝于凸輪軸上的測速齒輪的脈沖信號,計算凸輪軸的瞬時轉速和相位,并對瞬時轉速進行預測,為查找脈譜表以確定噴油定時和噴油量奠定基礎。凸輪軸轉速的預測方法為“相鄰區間+自適應參數修正”。 最后,設計控制電路,以數字信號處理器為主控芯片。在數字信號處理器中完成柴油機的轉速測量和電磁閥驅動脈沖生成。由于內燃機車上的電磁環境比較惡劣,采用了抗干擾措施。 通過上述工作,掌握了電控單體泵系統的基本特性,完成了電子控制單元主要電路的設計,并實現凸輪軸的測速和電磁閥的控制。電子控制單元在電控單體泵試驗臺上進行了試驗。結果表明,測速準確、電磁閥驅動及其控制方式合理,為后續工作打下良好的基礎。
上傳時間: 2013-04-24
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永磁同步電機(Permanent Magnet Synchronous Motor)因功率密度大、效率高、過載能力強、控制性能優良等優點,在中小容量調速系統和高精度調速場合發展迅速。但由于永磁同步電機的磁場具有獨特的交叉耦合和交叉飽和現象,且其控制系統是一個強非線性、時變和多變量系統,要實現高精度調速就需對其控制策略進行深入研究。 永磁同步電機調速系統中,位置傳感器的存在使得系統成本增加、結構復雜、可靠性降低,所以永磁同步電機的無位置傳感器控制成為一個新的研究熱點。本文擬借助于神經網絡良好的逼近能力,實現永磁同步電機的無位置傳感器控制。 人工神經網絡(Neural Network)可以逼近任意復雜非線性映射,具有很強的自學習自適應能力,十分適合于解決復雜的非線性控制問題。其中,BP神經網絡是目前廣泛應用的神經網絡之一,得到了較為深入的研究,其結構簡單,需要離線確定的參數少、泛化能力強、逼近精度高、實時性強,采用BP神經網絡實現永磁同步電機的調速控制具有重要意義。 文中提出了基于BP神經網絡的永磁同步電機自適應調速控制策略,建立了一種包含辨識網絡和控制網絡的雙神經網絡結構控制系統。辨識網絡在線動態辨識系統輸出并對控制網絡參數進行調整,控制網絡與PI控制方法相結合實現永磁同步電機自適應轉速控制。仿真結果表明,該系統動態響應快、實時性較強、精度較高。 文中提出了一種基于混合訓練算法的BP神經網絡永磁同步電機無位置傳感器控制方法。采用混沌優化和梯度下降法相結合的混合算法對BP神經網絡進行離線訓練后,將其用于永磁同步電機的轉子位置角在線估計。結果表明,該訓練算法可以有效地加快神經網絡收斂速度,且估計的轉子位置角誤差較小、精度較高。 文中建立了以TMS320F2812芯片為核心的永磁同步電機調速控制系統,并進行了相應的軟硬件設計,為實現永磁同步電機的各種控制策略奠定了實驗基礎。DSP控制系統為神經網絡訓練提供樣本,為研究永磁同步電機的自適應調速控制和轉子位置角估計創造了條件。
上傳時間: 2013-07-03
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射頻識別技術是一種自20 世紀80 年代新興的自動識別技術。它是利用無線射頻方式進行非接觸雙向數據通信。相對于普遍應用的13.56MHz 射頻識別系統,本設計中的868MHz 射頻識別系統有著更多的優點:讀寫距離遠,閱讀速度快等,是目前國際上RFID產品發展的熱點。 本課題研究的內容包括研究符合ISO18000-6 標準的超高頻RFID 電子標簽的主要特點、結構、工作原理及讀寫方法, 重點在于與其相應讀卡器的設計方案, 包括讀卡器的硬件電路設計、軟件程序流程以及與上位機通信的實現。 在硬件設計中,選用ATMEL 公司的AVR 單片機ATmega8 作為主控制器,設計了主控、復位、串行通信等電路。并以RFM 公司開發的TRC101 為射頻收發芯片進行了射頻收發模塊的設計。 軟件設計采用模塊化編程和結構化編程的思想,單片機編程語言為匯編語言,與上位機串行通信采用Visual Basic 編程。經過測試,誤碼率較低,編制的防沖突程序實現了基于隨機二進制算法的防沖突功能。 本設計具有可靠性高,模塊化設計等特點,通過驗證,滿足標準要求,達到了預期的目的,并證明了本設計性能的穩定性和可靠性。
上傳時間: 2013-04-24
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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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近年來,隨著集成電路技術和電源管理技術的發展,低壓差線性穩壓器(LDO)受到了普遍的關注,被廣泛應用于便攜式電子產品如PDA、MP3播放器、數碼相機、無線電話與通信設備、醫療設備和測試儀器等中,但國內研究起步晚,市場大部分被國外產品占有,因此,開展本課題的研究具有特別重要的意義。 首先,簡單闡述了課題研究的背景及意義,分析了低壓差線性穩壓器(LDO)研究的現狀和發展趨勢,并提出了設計的預期技術指標。 其次,詳細分析了LDO線性穩壓器的理論基礎,包括其結構、各功能模塊的作用、系統工作原理、性能指標定義及設計時對性能指標之間相互矛盾的折衷考慮。 再次,設計了基于自偏置電流源的帶隙基準電壓源,選取PMOS管作為系統的調整元件并計算出了其尺寸,設計了基于CMOS工藝的兩級誤差運算放大器。利用HSPICE工具仿真了基準電壓源和誤差運算放大器的相關性能參數。 然后,重點分析了穩壓器的穩定性特征,指出系統存在的潛在不穩定性,詳細論述了穩定性補償的必要性,比較了業界使用過的幾種穩定性補償方法的不足之處,提出了一種基于電容反饋VCCS的補償方法,對系統進行了穩定性的補償; 最后,將所設計的模塊進行聯合,設計了一款基于CMOS工藝的LDO線性穩壓器電路,利用HSPICE工具驗證了其壓差電壓、靜態電流、線性調整率等性能指標,仿真結果驗證了理論分析的正確性、設計方法的可行性。
上傳時間: 2013-07-08
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心音信號是人體最重要的生理信號之一,包含心臟各個部分如心房、心室、大血管、心血管及各個瓣膜功能狀態的大量生理病理信息。心音信號分析與識別是了解心臟和血管狀態的一種不可缺少的手段。本文針對目前該研究領域中存在的分析方法問題和分類識別技術難點展開了深入的研究,內容涉及心音構成的分析、心音信號特征向量的提取、正常心音信號(NM)和房顫(AF)、主動脈回流(AR)、主動脈狹窄(AS)、二尖瓣回流(MR)4種心臟雜音信號的分類識別。本文的工作內容包括以下5個方面: a)心音信號采集與預處理。本文采用自行研制的帶有錄音機功能的聽診器實現對心音信號的采集。通過對心音信號噪聲分析,選用小波降噪作為心音信號的濾波方法。根據實驗分析,選擇Donoho閾值函數結合多級閾值的方法作為心音信號預處理方案。 b)心音信號時頻分析方法。文中采用5種時頻分析方法分別對心音信號進行了時頻譜特性分析,結果表明:不同的時頻分析方法與待分析心音信號的特性有密切關系,即需要在小的交叉項干擾與高的時頻分辨率之間作綜合的考慮。鑒于此,本文提出了一種自適應錐形核時頻(ATF)分析方法,通過實驗驗證該分布能較好地反映心音信號的時頻結構,其性能優于一般錐形核分布(CKD)以及Choi-Williams分布(CWD)、譜圖(SPEC)等固定核時頻分析方法,從而選擇自應錐形核時頻分析方法進行心音信號分析。 c)心音信號特征向量提取。根據對3M Littmann() Stethoscopes[31]數據庫中標準心音信號的時頻分析結果,提取8組特征數據,通過Fihser降維處理方法提取出了實現分類可視化,且最易于分類的心音信號的2維特征向量,作為心音信號分類的特征向量。 d)心音信號分類方法。根據心音信號特征向量組成的散點圖,研究了支持向量機核函數、多分類支持向量機的選取方法,同時,基于分類的目的 性和可信性,本文提出以分類精度最大為判斷準則的核函數參數與松弛變量的優化方法,建立了心音信號分類的支持向量機模型,選取標準數據庫中NM、AF、AR、AS、MR每類心音信號的80組2維特征向量中每類60組數據作為支持向量機的學習樣本,對余下的每類20組數據進行測試,得到每類的分類精度(Ar)均為100%,同時對臨床上采集的與上述4種同類心臟雜音信號和正常心音信號中每類24個心動周期進行分類實測,分類精度分別為:NM、AF、MR的分類精度均為100%,而AR、AS均為95.83%,驗證了該方法的分類有效性。 e)心音信號分析與識別的軟件系統。本文以MATLAB語言的可視化功能實現了心音信號分析與識別的軟件運行平臺構建,可完成對心音信號的讀取、預處理,繪制時-頻、能量特性的三維圖及兩維等高線圖;同時,利用MATLAB與EXCEL的動態鏈接,實現對心音信號分析數據的存儲以及統計功能;最后,通過對心音信號2維特征向量的分析,實現心音信號的自動識別功能。 本文的研究特色主要體現在心音信號特征向量提取的方法以及多分類支持向量機模型的建立兩方面。 綜上所述,本文從理論與實踐兩方面對心音信號進行了深入的研究,主要是采用自適應錐形核時頻分析方法提取心音信號特征向量,根據心音信號特征向量組成的散點圖,建立心音信號分類的支持向量機模型,并對正常心音信號和4種心臟雜音信號進行了分類研究,取得了較為滿意的分類結果,但由于用于分類的心臟雜音信號種類及數據量尚不足,因此,今后的工作重點是采集更多種類的心臟雜音信號,進一步提高心音信號分類精度,使本文研究成果能最終應用于臨床心臟量化聽診。 關鍵詞:心音信號,小波降噪,非平穩信號,心臟雜音,信號處理,時頻分析,自適應,支持向量機
上傳時間: 2013-04-24
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交流伺服技術是研制開發各種先進的機電一體化設備,如工業機器人、數控機床、加工中心等的關鍵性技術,但是要提高交流伺服系統的控制性能關鍵在于伺服控制器對電機動態和靜態響應的控制,要獲得良好的電機動、靜態性能關鍵在于伺服控制器的控制算法。為此,本文開展了主要針對電機控制算法中的PID控制器參數整定算法研究。研究工作是基于黑龍江省科技攻關項目為支撐。 本論文在查閱大量文獻資料的基礎上,掌握了系統構成和基本控制原理,并分析了國內交流伺服存在的問題,設計了基于TI公司電機數字化控制芯片TMS320F2812的交流伺服控制器的控制單元;基于三菱公司智能化功率器件IPM設計了控制器的功率單元;以及電源單元和相關電路的保護單元。 基于電機矢量控制原理,構建了永磁同步電機的矢量控制模型,在原有研究的基本PID控制基礎上,根據模糊控制的基本原理,研究了應用于電機控制的模糊參數自整定PID控制器設計原理,構建模糊參數自整定PID控制器的數學模型,并進行該系統的仿真研究和實際應用程序設計。 本文的重點是闡述模糊參數自整定PID控制器的設計原理和方法,利用基于模糊參數自整定PID控制器的交流伺服系統仿真模型,應用Matlab/Simulink仿真軟件平臺驗證模型和算法的正確性,并與常規PID控制性能進行對比分析。在實際硬件平臺驗證了本文提出算法的可行性和正確性。 通過仿真和實際結果對比得出結論,模糊參數自整定PID控制器可以提高交流伺服系統的動態和靜態性能。
上傳時間: 2013-04-24
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