直接轉矩控制技術在電力機車牽引、汽車工業以及家用電器等工業控制領域得到了廣泛的應用。在運動控制系統中，直接轉矩控制作為一種新型的交流調速技術，其控制思想新穎、控制結構簡單、控制手段直接、轉矩響應迅速，正在運動控制領域中發揮著巨大的作用。雖然直接轉矩控制的優勢是矢量控制所不能實現的，但是直接轉矩控制依然存在一系列不能忽視的問題。直接轉矩控制采用兩點式轉矩和磁鏈滯環控制器，使轉矩和磁鏈被控制在給定值的一定范圍以內，這種控制方法不可避免地帶來電機輸出轉矩脈動過大和逆變器開關頻率不恒定等問題。直接轉矩控制采用定子磁鏈定向，只用便于測量的定子電阻來估計定子磁鏈，這樣在低速運行時會帶來磁鏈估計的誤差。雖然在全速范圍內估計定子磁鏈運用低速時采用的電流-轉速模型和高速時采用的電壓-電流模型的合成模型，即電壓-轉速模型，然而兩種模型的平滑切換又是一個新的問題。直接轉矩控制在基頻以下調速的理論和應用已經實現，在基頻以上的弱磁調速范圍內的理論和應用還需要進一步的研究。 為了解決這些問題，本文針對異步電動機在兩相靜止坐標系下的數學模型，對傳統直接轉矩控制系統和兩種改進的直接轉矩控制系統進行了研究。在傳統直接轉矩控制系統中，詳細討論了定子磁鏈估計的三種基本模型，設計了定子磁鏈估計的加權模型，使電機在全速運行的范圍內都能夠得到準確的定子磁鏈。針對轉矩脈動過大和逆變器開關頻率不恒定的問題，本文設計了兩種改進的直接轉矩控制系統。在基于占空比控制的直接轉矩控制系統中，通過對一個采樣周期內非零電壓矢量作用時間占采樣周期的占空比的優化，解決了轉矩脈動過大的問題；在一個采樣周期內，從非零電壓矢量到零電壓矢量的轉換只有一次，實現了開關頻率的恒定。在基于滑模變結構的直接轉矩控制系統中，本文設計了轉矩和磁鏈滑模變結構控制器代替傳統直接轉矩控制系統中的轉矩和磁鏈滯環控制器；運用空間矢量脈寬調制技術，實現了開關頻率的恒定。本文把傳統直接轉矩控制系統和兩種改進的直接轉矩控制系統擴展到基頻以上的弱磁范圍內的異步電動機調速系統中，對其進行了相關研究。 為了驗證上述各種控制系統的正確性和有效性，本文采用Matlab/Simulink仿真軟件對其進行了仿真驗證。針對傳統直接轉矩控制系統，對定子磁鏈估計的加權模型進行了仿真驗證。仿真結果表明所設計的定子磁鏈的加權模型能夠在電機運行的全速范圍內準確地估計定子磁鏈。針對基于占空比控制的直接轉矩控制系統和基于滑模變結構的直接轉矩控制系統，本文分別對負載轉矩有擾動和無擾動、給定轉速為恒定值和不為恒定值四種情況進行了仿真驗證，并分別和傳統直接轉矩控制系統的仿真結果進行了對比。仿真結果表明，兩種改進的直接轉矩控制系統均能有效的減小轉矩脈動和轉速的穩態誤差。針對電機運行在基頻以上的弱磁調速情形，本文運用三種不同的直接轉矩控制方法分別進行了仿真驗證。仿真結果表明，兩種改進的直接轉矩控制系統在弱磁調速范圍內依然優于傳統直接轉矩控制系統，依然能夠減小轉矩脈動和轉速的穩態誤差。
上傳時間： 2013-04-24
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工業生產過程中，時滯對象普遍存在，同時也是較難控制的，尤其是大時滯對象的控制一直都是一個難題。而很多溫度控制系統都是屬于大時滯系統，常見的智能溫度控制器雖然在溫度控制的實際應用中表現了比較理想的控制效果，但它仍然屬于將參數整定與系統控制分開處理的離線整定方法，如果工況發生變化就必須重新調整參數。針對這一問題，為了實現時滯系統參數自整定的控制，本文將神經網路控制、模糊控制和PID控制結合起來，設計了基于神經網路的模糊自適應PID控制器。 首先，本論文分析了時滯系統的特點，討論了幾種時滯系統較為成熟的常規控制算法：微分先行控制算法、史密斯預估控制算法、大林控制算法，并深入研究了它們的控制性能；并且通過仿真對這三種控制方法在溫控系統中的控制性能進行了比較。 其次，在分析PID參數自整定傳統方法的基礎上，設計了一種改進方法，并設計了相應的控制器。該控制器綜合了模糊控制、神經網絡控制和PID控制各自的長處，既具備了模糊控制簡單有效的控制作用以及較強的邏輯推理功能，也具備了神經網絡的自適應、自學習的能力，同時也具備了傳統PID控制的廣泛適應性。該方法不需要離線整定參數，實現了在線自整定參數。仿真實驗表明了該控制器對模型和環境都具有較好的適應能力和較強的魯棒性。 最后將基于神經網路的模糊自適應PID控制器應用于貝加萊PID溫控裝置，能夠出色地實現參數的在線自整定。理論分析、系統仿真、實驗結果都證實了這種控制策略能有效地減少系統超調量，并減少了調節時間，提高了系統的實時性和控制精度。
上傳時間： 2013-07-05
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在實際應用中，對永磁同步電機控制精度的要求越來越高。尤其是在機器人、航空航天、精密電子儀器等對電機性能要求較高的領域，系統的快速性、穩定性和魯棒性能好壞成為決定永磁同步電機性能優劣的重要指標。傳統電機系統通常采用PID控制，其本質上是一種線性控制，若被控對象具有非線性特性或有參變量發生變化，會使得線性常參數的PID控制器無法保持設計時的性能指標；在確定PID參數的過程中，參數整定值是具有一定局域性的優化值，并不是全局最優值。實際電機系統具有非線性、參數時變及建模過程復雜等特點，因此常規PID控制難以從根本上解決動態品質與穩態精度的矛盾。永磁同步電機是典型的多變量、參數時變的非線性控制對象。先進控制方法(諸如智能控制、優化算法等)研究應用的發展與深入，為控制復雜的永磁同步電機系統開辟了嶄新的途徑。由于先進控制方法擺脫了對控制對象模型的依賴，能夠在處理不精確性和不確定性問題中有可處理性、魯棒性，因而將其引入永磁同步電機控制已成為一個必然的趨勢。本文根據系統實現目標的不同，選取相應的先進控制方法，并與PID控制相結合，對永磁同步電機各方面性能進行有針對性的優化，最終使其控制精度得到顯著的提高。為達到對永磁同步電機進行性能優化的研究目的，文中首先探討了正弦波永磁同步電機和方波永磁同步電機的運行特點及控制機理，通過建立數學模型，對相應的控制系統進行了整體分析。針對永磁同步電機非線性、強耦合的特點，設計了矢量控制方式下的永磁同步電機閉環反饋控制系統。結合常規PID控制，將模糊控制、遺傳算法、神經網絡和人工免疫等多種先進控制方法應用于永磁同步電機調速系統、伺服系統和同步傳動系統的控制器設計中，以滿足不同控制系統對電機動、靜態性能的要求以及對調速性能或跟隨性能的側重。實驗結果表明，采用先進控制方法的永磁同步電機具有較好的動態性能、抗擾動能力以及較強的魯棒性能；與傳統PID控制相比，系統的控制精度得到了明顯提高。研究結果驗證了先進控制方法應用于永磁同步電機性能優化的有效性和實用性。
上傳時間： 2013-04-24
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隨著能源消耗的不斷增長和生態環境的日益惡化，世界各國都在積極尋找一種可持續發展且無污染的新能源。太陽能作為一種高效無污染的新能源，尤其受到人類的重視。近年來，許多國家都非常重視發展太陽能光伏發電系統，光伏并網發電技術已成為太陽能光伏應用的主流。本文對光伏并網發電系統進行了詳細介紹，并對其控制方法進行了研究。太陽能光伏并網發電系統的兩大核心部分是太陽能電池板的最大功率點跟蹤(MPPT)控制和光伏并網逆變控制。首先，本文對太陽能電池的工作原理及工作特性進行介紹，詳細分析太陽能電池工作的等效電路和數學模型。其次，本文對幾種傳統的最大功率點跟蹤(MPPT)控制算法進行了研究、分析和比較，提出各自優缺點。基于最大功率跟蹤過程的快速性和穩定性，設計采用逐步逼近法實現光伏發電系統中太陽能電池的最大功率輸出，以提高系統的性能和最大功率點跟蹤速度。再次，基于光伏并網逆變器的控制目標，研究了光伏并網逆變器的常用控制方法，參考國內外資料，選擇重復-PI控制作為光伏并網逆變器的控制策略。最后，基于TMS320LF2407高速數字信號處理器，設計光伏并網發電系統，給出系統的硬件參數和軟件流程圖，并針對實驗和仿真波形進行分析。
上傳時間： 2013-06-06
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永磁同步電機(PMSM)因其無需勵磁電流、運行效率和功率密度高,在交流調速系統中被廣泛的應用,但PMSM高性能的矢量控制需要精確的轉子位置和速度信號來實現磁場定向。在傳統控制中,一般采用機械式傳感器來檢測轉子位置和轉速,但是機械式傳感器存在諸如成本高、可靠性低、不易維護等問題,使得無速度/位置傳感器控制技術成為永磁同步電機控制中的熱點問題。雖然目前已有較多的研究成果,但是所采用的方法大多是基于電機基波方程的分析,一般不適用于低速甚至零速,并且對電機參數較為敏感,魯棒性差。本文正是為了解決這個問題,而采用高頻信號注入法實現轉子位置估算,這種方法適合于低速甚至零速,對電機參數的變化不敏感,魯棒性強。主要做了如下的工作： 首先詳細介紹了永磁同步電機三種基本結構,在建立了旋轉坐標系下永磁同步電機數學模型的基礎上敘述了其矢量控制原理,分析了各種現有的永磁同步電機無速度/位置傳感器控制策略；其次在永磁同步電機矢量控制的基礎上詳細討論了旋轉高頻電壓信號注入法與脈振高頻電壓信號注入法提取轉子位置的基本原理,并在此基礎上利用MATLAB/SIMULINK仿真工具建立了整個永磁同步電機無速度/位置傳感器矢量控制系統的模型,進行了仿真研究,仿真結果驗證了控制算法的正確性。最后利用TI公司推出的數字信號處理器DSP芯片TMS320F2812,實現了基于脈振高頻信號注入法的永磁同步電機無速度/位置傳感器的實驗運行,實驗結果驗證了這種方法適合于低速運行,對電機參數的變化不敏感,魯棒性強。
上傳時間： 2013-06-06
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在能源枯竭及環境污染問題日益嚴重的今天，光伏發電是未來可再生能源應用的一種重要方法。本文以光伏逆變技術為研究對象，對光伏系統最大功率點跟蹤方法、光伏智能充電控制策略、光伏并網系統拓撲結構與控制方法、光伏并網與有源濾波統一控制方法等問題進行了深入研究。 在擾動觀測法的基礎上，提出了一種直接電流控制最大功率點跟蹤方法，通過檢測變換器輸出電流進行最大功率點跟蹤控制，簡化控制算法，同時省去了擾動觀測法中的電壓和電流傳感器，降低系統成本。 研究了一種實用的光伏系統蓄電池充電控制策略，將最大功率點跟蹤與智能充電控制有機結合在一起，充分利用光伏電池的輸出功率，縮短充電時間，提高充電效率；研究了一種全數字式逆變器，通過電壓有效值外環和瞬時值內環的雙閉環控制，既能保證系統輸出電壓的穩態精度，又能保證瞬變負載條件下的動態特性。研制了一套3kW光伏獨立發電系統并進行了實驗驗證。 針對住宅型光伏并網逆變器體積小、性能價格比高的要求，研究了一種基于導抗變換器的并網逆變器拓撲結構，相比于傳統電流型逆變器，本拓撲省去了笨重的電抗器，同時利用高頻變壓器進行能量傳遞和電氣隔離，進一步降低了系統損耗和體積，降低系統成本。 經研究發現，由于導抗變換器的固有特性，采用傳統的SPWM調制方法將導致并網逆變器輸出平頂飽和的非正弦電流，造成對電網的諧波污染，提出了一種新型改進調制模式。該方法可以實現高功率因數、低諧波并網發電。根據上述理論分析，研制了一臺3kW單相光伏并網逆變器，實驗結果驗證了理論分析的正確性。 研究了一種三相電流型并網逆變器拓撲結構及其控制方法，采用改進調制模式對其進行控制，在諧波抑制方面取得了滿意的效果。提出的三相并網逆變方案，相比于傳統三相并網逆變器，具有如下顯著優點：系統中任意一相都是一個獨立的子系統，不受其它相影響，即使在某一相或某兩相損壞的情況下，剩余相也能正常運行，增加了系統的冗余性；在三相電網不平衡情況下，本方法也能提供穩定的三相電流，增加系統抗電網波動能力。初看起來本方案使用的導抗變換器和變壓器有3套，但是每相承受的功率容量只有系統總功率的三分之一，這樣可以選用較小容量的器件，有利于高頻電感和變壓器的制作和生產。提出了一種基于導抗變換器的三相電流型逆變器實現方案，利用導抗變換器將輸入直流電壓變換為高頻正弦電流，經高頻變壓器隔離及電流等級變換后進行裂相調制，輸出為三相正弦電流。該方法不僅省去了傳統電流型逆變器直流側電抗器，而且采用高頻變換進行功率傳輸，減小了隔離變壓器及輸出濾波器的體積，有利于裝置的小型化和降低成本。 針對光伏電池輸出電壓較低的問題，研究了一種單級式三相升壓型并網逆變器，通過一級變換同時實現升壓和DC/AC變換功能，并且提出了一種基于DSP芯片的控制策略，本方法僅用一個電壓傳感器就能替代原先的三個電壓傳感器：每個載波周期短路相只進行一次開關動作，同時任何時刻只有2個開關管導通，可有效降低系統的開關損耗和導通損耗；由于采用DSP控制，具有控制靈活、穩定性高、成本低、并網電能質量好，便于功率調節等優點。 提出了一種光伏并網與有源濾波兼用的統一控制策略，在同一套裝置上既實現光伏并網發電，又實現諧波補償，克服目前的光伏發電裝置白天發電、夜間停機的不足，提高系統利用率。詳細分析了無功電流和諧波電流的檢測方法、光伏并網發電有功指令電流的生成方法及電流環控制器和電壓環控制器的設計方法，并對光伏并網發電與有源濾波統一控制模式和單一有源濾波模式進行了討論，仿真和實驗結果驗證了所提出的系統結構及控制策略的正確性和可行性。
上傳時間： 2013-04-24
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溫室是設施農業的重要組成部分，國內外溫室種植業的實踐經驗表明，提高溫室的自動控制和管理水平可充分發揮溫室農業的高效性。隨著傳感技術，計算機技術及通訊技術的迅猛發展，現代化溫室信息自動采集及智能控制系統的開發已越來越引起人們的重視，并成為一個具有重要意義的研究方向。因此設計了基于PIC單片機的溫室自動控制系統，使其對溫室環境進行控制，為植物創造適宜的生長條件，從而使農作物獲得高產，提高農業生產的經濟效益。 文中論述了國內外溫室環境控制技術的發展及現狀，分析了溫室的內部機理，給出了所采用的溫室小氣候溫濕度模型；通過對溫室環境歷史數據的分析，得出了溫室溫度控制系統的近似數學模型。 系統采用模糊控制算法實現對溫濕度的控制。詳細研究了模糊控制的機理，建立了針對幾種執行機構的模糊控制規則表；在模糊推理中采用了T-S模型的推理方法，此方法確定的控制規則工程意義明確，易于調整。并以溫度控制系統為對象，使用MATLAB對模糊算法進行仿真；仿真結果表明，這種算法具有超調量小、穩定性強、適應性好等特點，能夠達到預期的控制效果，是一種較為理想的智能控制方案。 溫室自動控制系統的硬件部分由上位機和下位機及其外圍電路組成。上位機采用PC機，通過與下位機間的通信實現對溫室的統一管理；下位機及其外圍電路實現溫室環境參數的檢測、顯示和實時控制，微處理器采用的是PIC16F877A單片機。這種以單片機為核心的控制器還可以在不依賴上位機的情況下獨立實現參數的測控。 在軟件設計方面，將模糊控制算法引入其中，給出了主程序、模糊算法程序、通信程序等程序流程圖。使用MSComm控件實現上下位機間通信；并采用VB6.0對上位機界面進行了設計，使程序簡單、清晰、為用戶提供了直觀友好的管理平臺。整個系統軟硬件搭配合理，設計、開發、維護方便，具有較高的性價比。
上傳時間： 2013-07-21
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變頻電源具有低損耗和高效率等顯著優點，其性能的優劣直接關系到整個系統的安全性和可靠性指標，隨著工業上變頻電源的廣泛應用，對其性能參數的檢測也越來越重要，因此對變頻電源設備輸出電參數進行測量方面的研究具有重要的意義。 論文綜述了國內外各種交流變頻電參數測量系統的研究現狀和應用技術，根據變頻設備的工作機理和輸出特性，提出了系統的總體設計方案。由于變頻設備的輸出范圍廣且變化快，并且國內大部分參數測量設備都是針對工頻進行設計的，基于此本文采用高速的數字處理器和改進的算法來進行控制實現。 論文首先給出了各電參數測量的國際標準和理論基礎，重點分析了如何通過希爾波特變換來實現頻率的測量。為了濾除不需要的高次諧波并精確的測量頻率，建立了FIR濾波器模型，通過MATLAB編程進行了數字仿真，驗證了算法的正確性；利用周期法進行了其它電參數的測量實現，并在Labview 中進行了仿真，作為輔助分析軟件具有快速直觀的特點并有很大的通用性。 在理論分析和仿真的基礎上，論文設計了基于TMS320F2812 DSP的控制系統，并結合原理圖介紹了各模塊運行原理；重點分析了如何利用CPLD來實現時序控制的功能，并給出了VHDL設計的程序和仿真結果。最后進行軟件程序上的設計，對各部分進行了程序分析和設計，各模塊結構相互關聯，具有很好的擴展性和移植性。
上傳時間： 2013-04-24
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工業領域中需要大量的AC/DC整流電源。隨著現代電力電子技術的不斷發展，人們曰益意識到低功率因數整流系統造成了諧波污染和電網公害。因此消除電網諧波污染，提高功率因數，成為整流系統的發展趨勢。由于中大功率的電力電子設備在電網中占很大的比重，因此高功率因數的三相整流器的研究已成為當今國內外研究的一大熱點。 隨著數字控制技術的不斷發展，越來越多的控制策略通過數字信號處理器(DSP)得以實現。數字控制的特有優點：簡化硬件電路，克服了模擬電路中參數溫度漂移的問題，控制靈活且易實現先進控制等，使得所設計的電源產品不僅性能可靠，且易于大批量生產，從而降低了開發周期。因此，數字化控制電源已成為當今于開關電源產品設計的潮流。 本文首先給出了幾種常見的三相功率因數校正方案，并對其進行了比較和分析，在前面的基礎上提出了：三相三開關三電平拓撲結構和雙閉環控制的策略結合的三相PFC系統。緊接著介紹了DSP芯片的特點及其在電力電子裝置中的應用，首先介紹目前DSP芯片的發展，通過比較選定了TI公司的TMSLF2407芯片作為本文的處理芯片，而后基于對TMSLF2407芯片的內部資源和該芯片數字式PWM信號產生的原基于DSP的三相有源功率因數校正研究與設計理的分析，提出了三相PFC的數字化解決方案。在第四章中介紹了基于DSP數字控制的PFC的總體設計方案，電路所采用的是基于平均電流方案的雙閉環控制策略。內環通過瞬時值控制獲得快速的動態性能，保證輸出畸變率較低，外環使用輸出電壓的瞬時值控制，具有較高的輸出精度。本文最后應用仿真軟件MATLAB中的SIMULINK對系統進行仿真，驗證控制策略的可行性，并有助于系統主電路和控制電路的設計。對于三相變換器這種復雜的非線性系統，需要模擬、數字信號混合仿真，仿真比較難以實現。一是因為模型難以建立二是即使建立起一個模型，由于電路復雜，仿真軟件也未必能保證其收斂性。所以經過簡化，利用MATLAB中的SIMULINK構建了變換器的電壓模型，用于驗證設計方法和設計參數的正確性。
上傳時間： 2013-05-31
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電壓空間矢量脈沖寬度調制技術是一種性能優越、易于數字化實現的脈沖寬度調制方案。在常規SVPWM算法中，判定等效電壓空間矢量所處扇區位置時需要進行坐標旋轉和反正切三角函數的運算，計算特定電壓空間矢量作用時間時需要進行正弦、余弦三角函數的運算以及過飽和情況下的歸一化處理過程，同時，在整個SVPWM算法中還包含了無理數的運算，這些復雜計算不可避免地會產生大量計算誤差，對高精度實時控制產生不可忽視的影響，而且這些復雜運算的計算量大，對系統的處理速度要求高，程序設計復雜，系統運行時間長，占用系統資源多。因此，從工程實際應用的角度出發，需要對常規SVPWM算法進行優化設計。 本文提出的優化SVPWM算法，只需進行普通的四則運算，計算非常簡單，克服了上述常規SVPWM算法中的缺點，同時，采用交叉分配零電壓空間矢量，并將零電壓空間矢量的切換點置于各扇區中點的方法，達到降低三相橋式逆變電路中開關器件開關損耗的目的。SVPWM算法要求高速的數據處理能力，傳統的MCU、DSP都難以滿足其要求，而具有高速數據處理能力的FPGA/CPLD則可以很好的實現SVPWM的控制功能，在實時性、靈活性等方面有著MCU、DSP無法比擬的優越性。本文利用MATLAB/Simulink軟件對優化的SVPWM系統原型進行建模和仿真，當仿真效果達到SVPWM系統控制要求后，在XilinxISE環境下采用硬件描述語言設計輸入方法與原理圖設計輸入方法相結合的混合設計輸入方法進行FPGA/CPLD的電路設計與輸入，建立相同功能的SVPWM系統模型，然后利用ISESimulator（VHDL/Verilog）仿真器進行功能仿真和性能分析，驗證了本文提出的SVPWM優化設計方案的可行性和有效性。
上傳時間： 2013-07-30
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