超聲波電機(Ultrasonic Motor簡稱USM)是八十年代發展起來的新型微電機。本文針對超聲波電機及其控制技術的研究現狀和發展趨勢,以我國研究技術相對比較成熟并有產業化前景的行波超聲波電機(Traveling-wave Ultrasonic Motor簡稱TUSM)的伺服控制技術為研究對象,以直徑60mm的行波超聲波電機TUSM60為研究實例,在特性測試、動穩態性能分析,辨識模型建立、控制策略與控制算法的選擇與實現等方面展開研究。本論具體的研究內容為： 在分析超聲波電機研究歷史和現狀的基礎上,結合國內外超聲波電機特別是行波超聲波電機控制技術的發展趨勢,重點論述了行波超聲波電機及其驅動控制技術的研究進展。 介紹行波超聲波電機的基本結構,并從該電機的主要理論基礎--壓電原理、行波合成、接觸模型出發,分析了行波超聲波電機定子質點的運動方程.并結合定轉子摩擦接觸特點,分析了行波超聲波電機的運行機理。 根據對行波超聲波電機測試和高精度控制的要求,研制出基于雙DSP和FPGA的超聲波電機高性能測試控制平臺。其中控制核心采用了雙DSP結構,可以在對行波超聲波電機進行控制的同時,將必要的參數讀取出來進行分析和研究。為行波超聲波電機瞬態特性分析以及控制策略、控制算法的深入研究打下了基礎。 對電機的瞬態、穩態特性進行的測試,可以分析驅動頻率、電壓以及相位差等調節量對電機輸出的影響。在此基礎上進一步對行波超聲波電機的調節方式、控制算法選擇方面進行分析,并得到相應結論。 通過對實驗數據的總結和歸納,利用系統辨識中的非參數方法,建立在特定頻率條件下的近似線性模型。在行波超聲波電機工作范圍內,辨識若干組不同頻率條件下的近似線性模型,將這些模型的參數進行二維或三維擬合,可以得到一個關于行波超聲波電機傳遞函數的模型。辨識模型的建立為合理的選擇和優化控制參數,控制效果的驗證等提供了行之有效的手段。 在對行波超聲波電機的速度控制、位置控制展開的研究中.首先利用遺傳算法對常規PI恒轉速控制的控制參數整定及修正方法進行了研究；利用神經元的在線自學習能力,研究和設計單神經元PID-PI轉速控制器,提高控制系統對電機非線性和時變性的適應能力；為了消除在伺服控制中,單一調節量(驅動頻率)情況下,低轉速的跳躍問題,研究和討論了多調節量分段控制方法,并利用模糊控制對控制方法的有效性進行了驗證；在位置控制中,利用轉速控制研究的結果,研究和設計了位置--速度雙環(串級)控制器,實現了電機高精度位置伺服控制。 通過對已有控制系統的改進和簡化,設計和研制了具有實用化價值行波超聲波電機控制器：并將研究成果應用于針對核磁成像設備而設計的行波超聲波電機隨動控制系統中,同時嘗試了將該控制器用于高精度X-Y兩維定位平臺。
上傳時間： 2013-07-13
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礦井高壓電網多以6KV 供電為主，高壓防爆開關成為了井下供電系統的最為關鍵的設備之一。近年來，由于煤礦開采中因電氣保護失控而引發事故的增長，國家對井下供電系統的可靠性、安全性的要求越來越高，因而采用現代化新技術對礦井下高壓控制設備進行技術改造和創新被提到了一個重要的高度。隨著微機技術的應用與發展，以單片機為核心的高壓開關智能綜合保護技術，能夠較好地完成對多路信號進行處理，增強和增加了保護的功能，其應用對于提高供電質量、保證人身安全、完善電網保護都具有很重要的現實意義。本文設計了一個雙CPU 的保護控制系統，雙CPU 結構就是采用16 位DSP(Digital SignalProcessing)芯片TMS320LF2407A 和增強型51 單片機STC89C58RD+進行分工合作并行處理，前者作為從CPU 完成各種保護功能，后者作為主CPU 完成參數的整定、顯示、數據下放以及PROFIBUS 通訊擴展。既能充分利用DSP 的高速數據處理性能，提高保護動作特性； 同時，在不影響數據處理的情況下又擴展了人機界面和總線通訊功能。 本文從理論上分析了礦井高壓電網中性點不接地系統的主要故障的電氣特征，并有針對性地提出了零序電流方向型選擇性漏電保護、相敏短路保護和絕緣監視保護，然后分析了采樣原理和算法，確定了同步交流采樣和全波傅立葉算法相結合的采樣計算方法。此外，針對系統可能遇到的各種干擾，在硬件、軟件兩方面進行了抗干擾設計。最后通過試驗數據驗證了系統對線路故障具有可靠的動作特性。 該保護控制系統性能穩定、動作可靠，簡單的按鍵操作和醒目的液晶顯示給工作人員帶來了極大方便，實現了檢測、保護、控制和通訊的一體化。 本課題是圍繞著天津市科技攻關立項項目“礦用高壓隔爆開關智能控制系統的開發”來進行地研究。
上傳時間： 2013-06-11
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電壓源型PWM逆變器在當前的工業控制中應用越來越廣泛，在其應用領域中，交流電動機的運動控制是其很重要的組成部分。在PWM逆變器的控制過程中，設置死區是為了避免逆變器的同一橋臂的兩個功率開關器件發生直通短路。盡管死區時間很短，然而當開關頻率很高或輸出電壓很低時，死區將使逆變器輸出電壓波形發生很大畸變，進而導致電動機的電流發生畸變，電機附加損耗增加，轉矩脈動加大，最終導致系統的控制性能降低，甚至可能導致系統不穩定。為此，需要對逆變器的死區進行補償。本文針對連續空間矢量調制提出了一種改進的減小零電流鉗位和寄生電容影響的死區效應補償方法；針對斷續空間矢量調制提出了通過改變空間矢量作用時間，來改變驅動信號脈沖寬度的補償方法，并對這兩種方法進行了理論分析和仿真研究。 本文首先詳細分析了死區時間對逆變器輸出電壓和電流的影響，以及功率開關器件寄生電容對輸出電壓的影響。其次對已提出的減小零電流鉗位和寄生電容影響的死區效應補償方法進行了理論分析，該方法先計算出補償電壓，再對由零電流鉗位現象引起的補償電壓極性錯誤進行校正，極性校正的參考量為d軸補償電壓的幅值，然而補償電壓的大小隨電流的變化而變化，因此該方法存在電壓極性校正時參考量為變化量的缺點，而且該方法只適用于id=0的控制方式，適用性較差。針對這些問題，本文提出了改進的減小零電流鉗位和寄生電容影響的補償方法，改進后的方法是先對由零電流鉗位現象引起的電流極性錯誤進行校正，然后再計算補償電壓的大小，電流極性校正時的參考量為三相電流極性函數轉化到γ-坐標系的函數sγ的幅值，sγ的幅值與補償電壓大小無關為恒定值，而且適用于任何控制方式，適應性強。再次把改進的減小零電流鉗位和寄生電容影響的死區效應補償方法應用到PMSM矢量控制系統中，采用MATLAB和Pspice兩種方法進行了仿真研究，仿真結果驗證了補償方法的有效性。對兩種仿真結果的對比分析，表明PSpice模型能更好的模擬逆變器的非線性特性。 最后，文章分析了連續空間矢量調制和斷續空間矢量調制的輸出波形的區別和死區對兩種波形影響的不同。針對DSP芯片TMS320LF2407A硬件產生的斷續SVPWM波，提出了根據電壓矢量和電流矢量的相位關系，通過改變空間矢量作用時間，來改變驅動信號脈沖寬度，對其進行死區補償的方法。給出了基本空間矢量作用時間調整的實現方法，并建立了MATLAB仿真模型，進行仿真研究，仿真結果驗證了補償方法的正確性和有效性。
上傳時間： 2013-06-04
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隨著微電子和計算機技術的迅速發展，傳統的金屬探測系統也正向著新的方向進行快速更新和發展。金屬探測器最初主要應用于工礦探測和軍用探雷，現在已經廣泛應用于旅行安檢以及食品、紡織、木材、玩具、藥品等生產加工行業的質量安全檢測。在科學技術不斷進步及金屬探測器在社會生活中的作用不斷凸現的時代背景下，怎樣提升和完善金屬探測儀器的性能，已經成為本領域一個亟待解決的課題。 本課題的目的是設計一種雙頻率工作的數字式金屬探測系統，可以同時以較高的精度檢測到鐵磁性和非鐵磁性金屬，從工作模式上徹底改變普通金屬探測器檢測種類單一和精度不高的現狀。該檢測系統采用多通道同步數字頻率合成(DDS)技術產生正弦信號源，通過電渦流傳感器檢測金屬異物。系統以TMS320LF2407為數據處理中心，利用自學習算法來實現系統參數的自動調整，并設計了良好的人機對話界面，提高金屬探測器的可讀性和可操作性。 本文從金屬檢測的理論分析和雙頻金屬探測器的設計兩個方面做了具體闡述。理論分析部分從電磁場的角度論述了金屬物質的幅度和相位特性，并得出了檢測頻率與不同金屬的檢測靈敏度存在相關性的結論。文中把系統設計分為三大部分：檢測系統的工作原理和總體構造、系統硬件設計、系統軟件設計。第一部分主要闡述了整個系統的工作原理以及實現方案；硬件設計部分從檢測電路和控制電路兩個方面入手，詳細敘述了發射、接收、解調電路以及電渦流傳感器的設計過程，并著重介紹了DSP、單片機等主要芯片的接口電路設計，包括基于RS-485的SCI串口通信的硬件電路設計；軟件設計部分主要闡述了在CCS、u-Visin集成環境下DSP系統和人機對話系統的程序流程，并敘述了系統自學習方法的實現過程，最后著重分析了SCI串口通信的軟件實現方法。 文中最后整理了系統測試的實驗結果。通過實驗分析可知，采用雙頻工作的金屬探測器對鐵磁性和非鐵磁性金屬都有較高的檢測精度。整個系統的可讀性與可操作性較好，易于擴展升級、性價比高，具有良好的應用前景。
上傳時間： 2013-04-24
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目前離心機的變頻控制，采用的多是通用變頻器，沒有自主開發的離心機專用的交流調速控制器。同時，在控制方法上采用的主要還是V/F控制以及矢量控制，而效率更高，性能更好的直接轉矩控制方法則還沒有得到廣泛的應用。直接轉矩控制技術，用空間矢量的分析方法，直接在定子坐標系下計算與控制交流電動機的轉矩，采用定子磁場定向，借助于離散的兩點式調節(Bang-Bang控制)產生PWM信號，直接對逆變器的開關狀態進行最佳控制，獲得轉矩的高動態性能。直接轉矩控制，控制結構簡單、控制手段直接、信號處理的物理概念明確、轉矩響應迅速，限制在一拍內，是一種具有高動態響應的交流調速系統。本文通過對直接轉矩控制系統原理的分析、軟硬件的設計制作、系統的調試試驗，得到以下結論: ⑴直接轉矩控制系統，控制手段直接、信號處理的物理概念明確、轉矩動態響應迅速； ⑵直接轉矩控制系統中，低速階段轉矩脈動明顯，通過采用異步電動機適應全速的U-I模型，以及扇區細化等，可以有效減小轉矩脈動;由于轉矩和磁鏈采用離散的兩點式調節，即使在高速運行階段轉矩也有輕微的脈動，通過細分磁鏈扇區，采用空間矢量脈寬調制技術可以有效減小脈動，提高系統控制性能； ⑶直接轉矩控制系統中，檢測環節及其重要，特別是電壓、電流的檢測。無論采用哪種電機模型，電壓和電流都是最主要的參數，準確的電壓、電流檢測能夠增加電機模型的正確性，為控制提供基本的保障； ⑷直接轉矩控制系統中，對電機參數的要求簡單，只需要知道電動機定子電阻，因此直接轉矩控制系統的魯棒性強，易于移植。
上傳時間： 2013-04-24
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隨著計算機技術的迅猛發展，受其影響的儀器行業也發生了巨大的變革，即儀器的手動操作使用改為計算機控制自動測試。隨著自動測試技術和程控儀器的發展，除了要求物理硬件接口標準化外，也要求軟件控制標準化。 硬件方面，從20世紀50代自動測試概念建立起，經過初期專用接口、半專用接口到20世紀80年代中期才普及推廣開放式標準接口總線，如RS232串行通信接口總線、GPIB通用接口總線、PXI計算機外圍儀器系統總線、VXI塊式儀器系統總線等。 軟件方面，1987年6月頒布的IEEE488．2（程控儀器消息交換協議）標準首先解決了數據結構方面的問題，但仍將大量的器件語義留給設計者自由定義。1990年4月，國際上九家儀器公司在IEEE488．2基礎上提出了SCPI（Standard Commands for Programmable Instruments程控儀器標準命令），才使程控儀器器件數據和命令得到標準化。SCPI的總目標是縮短自動測試系統程序開發時間，保護儀器制造者和使用者雙方的硬、軟件投資，為儀器控制和數據利用提供廣泛兼容的編碼環境。 儀器接收到SCPI消息后進行響應：接收字符串消息、詞法分析、語法分析、中間代碼生成、優化和目標代碼生成，語法分析模塊的性能直接影響到程控執行效率。為了進一步簡化儀器內語法分析模塊、提高程控執行效率，本課題提出了在接口電路中加入解析模塊的思想，可將控制器發送到儀器的SCPI消息即復雜的ASCII碼字符串轉變為簡單的二進制代碼。采用此解析模塊將大大簡化儀器設計者的軟件工作，既能實現儀器語言標準化又能提高儀器對遠程 控制的響應速度，這在研究實驗室內的自制儀器時將是很有用的。 儀器接口有很多種，本課題主要討論了RS232和GPIB兩種接口。本設計中儀器接口板是獨立于儀器的，與儀器單獨使用微處理器，若要與儀器連接實現通信只需在兩微處理器之間進行通信即可，這樣做的目的是：一方面可以不影響儀器的設計和操作，一方面可以實現接口板的通用性和儀器的可換性。針對于RS232接口為一簡單接口，我先將工作重心放在軟件設計上，主要考慮怎樣把復雜的ASCII碼字符串解析為簡單的二進制代碼。針對于GPIB接口，軟件設計的主要部分已完成，再把工作重心放在硬件設計上，采用性價比更高的CPID實現GPIB接口芯片NAT9914。為了觀察解析結果還加入了LCD顯示。本設計在開發通用的、低價的儀器接口板方面做了一個有益的嘗試，為進一步的自動測試系統研究打下了基礎。 關鍵詞：儀器；SCPI；RS232接口；GPIB接口；CPLD
上傳時間： 2013-04-24
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隨著電力電子技術的發展，對大功率、高性能的開關電源要求也越來越高。功率因數校正(PFC)技術是當前電力電子技術研究的熱點問題。大多數電力電子裝置通過整流器與電網接口，而傳統的二極管或晶閘管整流裝置會產生大量的諧波電流，對電網造成污染。許多國家和國際組織相繼制定了一系列限制用電設備諧波的標準。有源功率因數校正技術能夠有效的消除整流裝置的諧波，因此具有廣泛的應用前景。 本文首先分析了開關電源的發展現狀及發展要求，詳細地闡述了開關電源的基本構成和基本組態。然后研究了ZVT-Boost軟開關PFC電路的基本結構、基本工作原理及軟開關實現原理，在此基礎上確定了主電路結構，并制定了控制系統方案。 鑒于功率要求，本文采用兩級PFC電路。因此對常見的DC-DC變換器的拓撲結構、原理特性進行分析。并針對各自的變換器建立了簡化模型，基于所建立的模型分析了變換器的特性，列出各變換器的優缺點及在設計開關電源時的選用原則。最后，對所設計的系統進行了仿真分析。 本文根據用戶的要求研究設計了一種大功率高性能開關電源。該開關電源分為前級和后級，前級為采用BOOST結構的單相有源功率因數校正電路，后級為采用移相控制軟開關技術的全橋變換器。最后研制出了實驗樣機，并給出了實驗樣機的功率因數校正電路和移相全橋軟開關變換電路的實驗波形。
上傳時間： 2013-04-24
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隨著綠色工程的實施，在照明領域，已將電力電子技術廣泛應用到電氣照明中去，所以尋找綠色、高效、長壽命、光色好等優點的照明設備已成為必然。高強度氣體放電燈(High-Intensity-Discharge)由于光效高而節能，已經在照明領域取得廣泛的應用。但傳統的電感鎮流器存在諸多缺點，故與之配套的HID燈電子鎮流器的開發成為研究的熱點，本文對基于數字控制的HID燈電子鎮流器進行了研究與設計。 本文第二章闡述了氣體放電的基礎知識和電光源的基本參數。比較了電子電感鎮流器的優缺點，針對HID燈對電子鎮流器的要求，介紹了電子鎮流器基本原理和發展趨勢。第三章對高強度氣體放電燈的關鍵技術進行了研究。首先是對電子鎮流器的拓撲結構進行分析與比較，選定了傳統的三級結構進行設計，其次是對電子鎮流器的核心-逆變器的結構進行了分析，選定了全橋逆變結構，再次是對HID燈的各種點火電路的結構進行分析，本文選定了用單片機進行控制的點火的方式；最后是對燈的聲諧振進行了各種方式的比較與分析，給出通過數字調頻的方式來抑制聲諧振理論分析。第四章主要通過比較各種功率因數校正的優缺點，并采取了基于boost結構的臨界功率因數校正。第五章對HID燈啟動工作過程進行了分析，提出了三段線性控制的策略，給出了控制的理論分析;比較了間接和直接兩種控制恒功率的方法，選定間接控制方式。第六章主要對數字控制的250W金鹵燈的樣機的實現中的部分電路(保護、驅動、逆變)進行分析與設計并給出了部分電路圖和軟件設計的流程圖以及部分仿真與試驗波形。最后在第七章對試驗結果進行分析，對本文的設計進行小結以及對未來的展望。
上傳時間： 2013-07-16
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本課題為電流型高電壓隔離電源，它是基于交流電流母線的分布式系統，能夠整定短路電流，適應高電壓工作環境的隔離電源。本論文介紹了該課題的應用場合，簡要介紹了分布式系統的種類及各自優勢，以及已有的電流型副邊穩壓電路相關的研究成果，并在此基礎上提出了本課題的研究目標。 本篇論文主要針對課題方案的三個方面進行論述，分別闡述如下： 一，母線電流產生系統與電流型副邊開關電路的匹配問題，包括各部分電路的功能介紹、電流型副邊開關電路的小信號等效電路的建模、高電壓隔離變壓器及磁元件的選擇； 二，模塊體積小型化有利于高壓部件的設計安裝和EMS防護。為了省去體積較大的輔助電源部分，本課題采用了副邊電路自供電的方式。在低壓自供電方式下，利用比較器、TLA31等器件產生多路同步三角波以及開關驅動PWM脈沖。對自供電方式下的三角波振蕩器進行比較，并對三角波振蕩器電路模塊進行了建模以及系統反饋補償； 三，在本方案中實現了電流源拓撲的同步整流技術，利用PMOS管替代續流二極管，減小了電路的損耗、散熱器的使用以及模塊的體積。 本篇論文對本課題設計的核心部分進行了比較詳細的介紹和分析，具體的參數計算方法也一一列出。最終，論文以研究目標為方向，通過一系列的改進措施，基本實現了課題要求。
上傳時間： 2013-06-24
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高壓直流電源廣泛應用于醫用X射線機，工業靜電除塵器等設備。傳統的工頻高壓直流電源體積大、重量重、變換效率低、動態性能差，這些缺點限制了它的進一步應用。而高頻高壓直流電源克服了前者的缺點，已成為高壓大功率電源的發展趨勢。本文對應用在高輸出電壓大功率場合的開關電源進行研究，對主電路拓撲、控制策略、工藝結構等方面做出詳細討論，提出實現方案。 高壓變壓器由于匝比很大，呈現出較大的寄生參數，如漏感和分布電容，若直接應用在PWM變換器中，漏感的存在會產生較高的電壓尖峰，損壞功率器件，分布電容的存在會使變換器有較大的環流，降低了變換器的效率。本文選用具有電容型濾波器的LCC諧振變換器為主電路拓撲，它可以利用高壓變壓器中漏感和分布電容作為諧振元件，減少了元件的數量，從而減小了變換器的體積。 LCC諧振變換器采用變頻控制策略，可以工作在電感電流連續模式(CCM)和電感電流斷續模式(DCM)，本文對這兩種工作模式進行詳細討論。針對CCM下的LCC諧振變換器，本文分析其工作原理，用基波近似法推導出變換器的穩態模型，給出一種詳盡的設計方法，可以保證所有開關管在全負載范圍內實現零電壓開關，減小電流應力和開關頻率的變化范圍，并進行仿真驗證。基于該變換器，研制出輸出電壓為41kV，功率為23kW的高頻高壓電源，實驗結果驗證了分析與設計的正確性。 針對DCM下的LCC諧振變換器，本文分析其工作原理，該變換器可以實現零電流開關，有效地減小IGBT拖尾電流造成的關斷損耗。論文通過電路狀態方程推導出變換器的電壓傳輸比特性，在此基礎上對主電路參數進行設計，并進行仿真驗證。基于該變換器，研制出輸出電壓為66kV，功率為72kW的高頻高壓電源，實驗結果表明了方案的可行性。
上傳時間： 2013-04-24
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