超声波电机(Ultrasonic Motor简称USM)是八十年代发展起来的新型微电机。本文针对超声波电机及其控制技术的研究现状和发展趋势,以我国研究技术相对比较成熟并有产业化前景的行波超声波电机(Traveling-wave Ultrasonic Motor简称TUSM)的伺服控制技术为研究对象,以直径60mm的行波超声波电机TUSM60为研究实例,在特性测试、动稳态性能分析,辨识模型建立、控制策略与控制算法的选择与实现等方面展开研究。本论具体的研究内容为： 在分析超声波电机研究历史和现状的基础上,结合国内外超声波电机特别是行波超声波电机控制技术的发展趋势,重点论述了行波超声波电机及其驱动控制技术的研究进展。 介绍行波超声波电机的基本结构,并从该电机的主要理论基础--压电原理、行波合成、接触模型出发,分析了行波超声波电机定子质点的运动方程.并结合定转子摩擦接触特点,分析了行波超声波电机的运行机理。 根据对行波超声波电机测试和高精度控制的要求,研制出基于双DSP和FPGA的超声波电机高性能测试控制平台。其中控制核心采用了双DSP结构,可以在对行波超声波电机进行控制的同时,将必要的参数读取出来进行分析和研究。为行波超声波电机瞬态特性分析以及控制策略、控制算法的深入研究打下了基础。 对电机的瞬态、稳态特性进行的测试,可以分析驱动频率、电压以及相位差等调节量对电机输出的影响。在此基础上进一步对行波超声波电机的调节方式、控制算法选择方面进行分析,并得到相应结论。 通过对实验数据的总结和归纳,利用系统辨识中的非参数方法,建立在特定频率条件下的近似线性模型。在行波超声波电机工作范围内,辨识若干组不同频率条件下的近似线性模型,将这些模型的参数进行二维或三维拟合,可以得到一个关于行波超声波电机传递函数的模型。辨识模型的建立为合理的选择和优化控制参数,控制效果的验证等提供了行之有效的手段。 在对行波超声波电机的速度控制、位置控制展开的研究中.首先利用遗传算法对常规PI恒转速控制的控制参数整定及修正方法进行了研究；利用神经元的在线自学习能力,研究和设计单神经元PID-PI转速控制器,提高控制系统对电机非线性和时变性的适应能力；为了消除在伺服控制中,单一调节量(驱动频率)情况下,低转速的跳跃问题,研究和讨论了多调节量分段控制方法,并利用模糊控制对控制方法的有效性进行了验证；在位置控制中,利用转速控制研究的结果,研究和设计了位置--速度双环(串级)控制器,实现了电机高精度位置伺服控制。 通过对已有控制系统的改进和简化,设计和研制了具有实用化价值行波超声波电机控制器：并将研究成果应用于针对核磁成像设备而设计的行波超声波电机随动控制系统中,同时尝试了将该控制器用于高精度X-Y两维定位平台。
上传时间： 2013-07-13
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逆变电源的发展是和电力电子器件的发展联系在一起的，随着现代电力电子技术的迅猛发展，逆变电源在许多领域的应用也越来越广泛，同时对逆变电源输出电压波形质量提出了越来越高的要求。逆变电源输出波形质量主要包括三个方面：一是输出稳定精度高；二是动态性能好；三是带负载适应性强。因此开发既具有结构简单，又具有优良动、静态性能和负载适应性的逆变电源，一直是研究者在逆变电源方面追求的目标。本文对逆变电源三闭环控制方案、输出相位控制、逆变电源数字化控制系统进行研究，以期得到具有高品质和高可靠性的逆变电源。 本文研究了单相全桥逆变电源与三相桥式逆变电源主电路参数，包括逆变器、吸收电路、驱动电路、变压器和滤波器，并对逆变电源变压器的偏磁产生原因进行了深入分析，最后给出了有效的抗偏磁措施。针对三相桥式逆变电源通常不能保证三相电压输出平衡，研究了一种可以带不平衡负载的三相逆变电源。研究了逆变电源的控制原理，建立了逆变电源系统动态模型，在此基础上对逆变电源的各种控制方案的性能进行了对比研究，从而确定了一种新颖的高性能逆变电源多闭环控制方案。另外，针对逆变电源输出相位存在固有滞后问题，采用了一种利用电压瞬时值内环对逆变电源滞后的相角进行补偿控制的策略，分析表明上述控制策略虽然有效，但无法做到输出相角稳态无差，对此，提出一种移相控制方案设想，相当于在原多环控制方案的基础上加了一个相位控制环。这样可以使逆变电源输出相位误差得到有效的补偿，输出相位精度更高。文章设计了逆变电源数字控制系统，采用TMS320LF2407A控制产生SPWM波，给出控制系统DSP程序运行流程图，并用DSP对其进行了实现数字化。多环反馈控制系统的采用，使系统具有优异的稳态特性、动态特性和对非线性负载的适应性，使逆变电源的性能得到有效提高。
上传时间： 2013-04-24
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作为新一代直流输电技术，基于电压源换流器的高压直流输电凭借其独特的技术优点取得了飞速的发展，并已在新能源发电系统联网、电网非同步互联、无源系统供电、无功补偿等场合得到实际工程应用。在我国，VSC-HVDC的研究尚处于起步阶段。本论文着重开展了VSC-HVDC技术的数学建模和控制策略的研究。论文的主要工作和取得的创新性成果如下： 1．建立了系统标么值模型，分析了VSC-HVDC的运行原理和稳态功率特性。明确了系统主电路参数对运行特性的影响，在此基础上提出了一种功率定义下的换流电抗、直流电压和直流电容以及频域下的交流滤波器参数设计方法。 2．设计了一种基于无差拍控制的VSC-HVDC直接电流离散控制器。针对控制系统存在的VSC电压输出能力限制、PI控制器积分饱和现象和离散采样时间延迟问题，提出了相应的解决方法，推导了其电流内环控制器与功率外环离散控制器的设计原则。 3．推导了换流站网侧与VSC交流侧功率节点以及换流电抗与损耗电阻上的瞬时功率方程，在此基础上提出了一种换流站网侧功率节点控制并补偿换流电抗与损耗电阻消耗二倍频功率的不平衡控制策略，设计了该控制策略下的双序矢量控制器模型。同时针对传统dq软件锁相环在电压不平衡时锁相速度慢的缺点，提出了一种基于前置相序分解的频率自适应dq锁相环，提高了不平衡控制算法的动态性能与稳态特性。 4．对VSC阀在交流电网低电压故障下的过流现象进行分析并提出了一种考虑正负序分量影响的指令电流限制器，保证了故障限流效果。分析比较了VSC阀电流裕度穿越法和指令电流限制器穿越法的特性，在此基础上提出一种结合正负序指令电流限制器与控制模式切换的交流电网低电压穿越控制方法，从而解决交流电网低电压故障时系统稳定与VSC过流问题。 5．在分析现有VSC-HVDC拓扑的基础上，从降低电力电子器件直接串联数目、器件开关频率和简化主电路拓扑结构三个方面出发，将传统直流输电中常用的变压器隔离式多模块结构引入VSC-HVDC系统，并针对该模块级联式拓扑提出一种系统协调控制与模块独立运行相结合的新型控制策略。针对该拓扑下送端站存在的各模块直流侧电容电压均衡问题，提出了一种基于有功分量调节的直流侧电压控制方法。
上传时间： 2013-06-03
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使用二极管和晶闸管实现的不控和可控整流器，电流波形畸变给电网注入大量谐波和无功功率，造成严重的电网污染。随着电力电子技术的发展，人们开始研究PWM整流技术。电压型PWM整流器具有交流侧电流低谐波、高功率因数、直流电压输出稳定等诸多优点，因此，成为当前电力电子领域研究的热点课题之一。由于PWM整流器具有以上优点，在电力系统有源滤波、无功补偿、潮流控制、太阳能发电以及交直流传动系统等领域，具有越来越广阔的应用前景。本论文对三相PWM整流器进行了研究，主要完成以下工作： 首先，对PWM整流器的工作原理做了介绍，给出了三相PWM整流器的拓扑结构，分析了PWM整流器的换流过程，给出了PWM整流器的数学模型，对交流侧电感和直流侧电容进行了设计。 其次，对电流滞环控制、电流PI控制、空间电压矢量控制三种控制方法分别进行了介绍、模型搭建和仿真分析。在直流电压的控制中加入分段PI控制，使超调量和稳态误差限制在很小的范围以内。在起动过程中串接入限流电阻，使起动电流限定允许范围以内。 最后，在进行了以上三种控制方式仿真后，针对电压空间矢量控制存在的电流误差问题，采用电流超前给定策略和基于旋转坐标系的空间电压矢量控制策略解决了电流误差问题。 仿真结果表明，论文所设计的三相电压型PWM整流器实现了高功率因数运行，实现了直流电压的稳定控制，解决了传统意义上的整流电路中存在谐波含量大、功率因数低等问题，具有良好的工程实用价值。
上传时间： 2013-06-16
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近年来，在电气传动领域中三电平变频器得到了广泛的应用。三电平逆变器拓扑结构的出现为高电压、大功率变频器的实现提供了一个有效的途径。研究和开发三电平大功率变频器，无论在技术上还是在实际应用上都有十分重要的意义。本文围绕三电平大功率通用变频器的实用化技术进行了深入分析和研究。 论文首先介绍了三电平逆变器主电路的拓扑结构、控制要求、基本原理、特性和PWM控制策略以及调试中存在的问题和相关的解决方法。 中点电位不平衡是三电平拓扑结构的一个固有问题。针对这一问题，本论文分析了中点电压不平衡的根本原因，采用了一种基于滞环控制的电压平衡控制方法。该方法根据负载电流方向的不同组合，通过调整小矢量的冗余状态和作用时间，并充分考虑到中矢量对中点平衡的影响，动态调整两个电容器上的电压，同时，详细地分析了当参考电压矢量落到具有一种或两种冗余小矢量的小三角形区间时开关状态的选择、开关序列的顺序以及作用时间的分配。 基于载波的调制策略是三电平变频器采用的主要调制方式之一。本论文对所采用的基于载波的调制策略，作了深入分析，得出了相应的谐波特性。基于谐波总含量，对调制特性的优劣进行了比较，同时得出了不同载波调制策略输出电压谐波含量与调制度变化的对应关系，并通过实验和仿真对相关结果进行了验证。 主电路和控制电路的硬件设计将直接影响到变频器的运行性能。本论文介绍了在现场实际运行中变频器的主回路及其控制回路的硬件设计，采用理论计算与实践验证相结合的方法得出器件相关参数，并且针对变频器内外RCD缓冲电路在工作时所产生的电压不平衡作了分析，详细的给出了其缓冲吸收电路算法。 最后，把本文的部分研究结果应用于实际工业现场中，研制了690V/600kW的大功率中压变频器，给出了现场运行结果。运行结果表明该变频器输出波形良好，性能满足要求。
上传时间： 2013-08-04
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直接转矩控制技术在电力机车牵引、汽车工业以及家用电器等工业控制领域得到了广泛的应用。在运动控制系统中，直接转矩控制作为一种新型的交流调速技术，其控制思想新颖、控制结构简单、控制手段直接、转矩响应迅速，正在运动控制领域中发挥着巨大的作用。虽然直接转矩控制的优势是矢量控制所不能实现的，但是直接转矩控制依然存在一系列不能忽视的问题。直接转矩控制采用两点式转矩和磁链滞环控制器，使转矩和磁链被控制在给定值的一定范围以内，这种控制方法不可避免地带来电机输出转矩脉动过大和逆变器开关频率不恒定等问题。直接转矩控制采用定子磁链定向，只用便于测量的定子电阻来估计定子磁链，这样在低速运行时会带来磁链估计的误差。虽然在全速范围内估计定子磁链运用低速时采用的电流-转速模型和高速时采用的电压-电流模型的合成模型，即电压-转速模型，然而两种模型的平滑切换又是一个新的问题。直接转矩控制在基频以下调速的理论和应用已经实现，在基频以上的弱磁调速范围内的理论和应用还需要进一步的研究。 为了解决这些问题，本文针对异步电动机在两相静止坐标系下的数学模型，对传统直接转矩控制系统和两种改进的直接转矩控制系统进行了研究。在传统直接转矩控制系统中，详细讨论了定子磁链估计的三种基本模型，设计了定子磁链估计的加权模型，使电机在全速运行的范围内都能够得到准确的定子磁链。针对转矩脉动过大和逆变器开关频率不恒定的问题，本文设计了两种改进的直接转矩控制系统。在基于占空比控制的直接转矩控制系统中，通过对一个采样周期内非零电压矢量作用时间占采样周期的占空比的优化，解决了转矩脉动过大的问题；在一个采样周期内，从非零电压矢量到零电压矢量的转换只有一次，实现了开关频率的恒定。在基于滑模变结构的直接转矩控制系统中，本文设计了转矩和磁链滑模变结构控制器代替传统直接转矩控制系统中的转矩和磁链滞环控制器；运用空间矢量脉宽调制技术，实现了开关频率的恒定。本文把传统直接转矩控制系统和两种改进的直接转矩控制系统扩展到基频以上的弱磁范围内的异步电动机调速系统中，对其进行了相关研究。 为了验证上述各种控制系统的正确性和有效性，本文采用Matlab/Simulink仿真软件对其进行了仿真验证。针对传统直接转矩控制系统，对定子磁链估计的加权模型进行了仿真验证。仿真结果表明所设计的定子磁链的加权模型能够在电机运行的全速范围内准确地估计定子磁链。针对基于占空比控制的直接转矩控制系统和基于滑模变结构的直接转矩控制系统，本文分别对负载转矩有扰动和无扰动、给定转速为恒定值和不为恒定值四种情况进行了仿真验证，并分别和传统直接转矩控制系统的仿真结果进行了对比。仿真结果表明，两种改进的直接转矩控制系统均能有效的减小转矩脉动和转速的稳态误差。针对电机运行在基频以上的弱磁调速情形，本文运用三种不同的直接转矩控制方法分别进行了仿真验证。仿真结果表明，两种改进的直接转矩控制系统在弱磁调速范围内依然优于传统直接转矩控制系统，依然能够减小转矩脉动和转速的稳态误差。
上传时间： 2013-04-24
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多电平逆变器在大容量、高压场合得到了广泛的应用。在多电平逆变器的多种控制策略中，空间矢量脉宽调制(SVPWM)算法具有调制比大、能够优化输出电压波形、易于数字实现、母线电压利用率高等优点，成为人们关注的热点。 本文首先对电力电子技术的发展前景和多电平逆变器控制技术的发展状况进行了综述。在分析两电平逆变器工作原理的基础上对三电平逆变器进行了研究，综合比较了三电平逆变电路三种典型拓扑结构的优缺点；介绍了二极管箝位型三电平逆变器，分析了二极管箝位型三电平逆变器相对于传统两电平逆变器的优点，体现了课题研究的重要意义。其次，本文以中点箝位式三电平逆变器的基本拓扑结构为基础，着重分析了三电平空间电压矢量调制基本原理，提出了一种将最近的三个矢量合成参考矢量的空间矢量脉宽调制算法，给出大扇区和小三角形区域判断规则以及合成参考电压矢量的相应输出作用顺序，并优化了开关矢量的作用顺序，利于实现对中点电压的控制，使算法易于实现。再次，论文分析了三电平逆变器直流侧电容电压不平衡产生的原因，分析了大、中、小矢量对中点电位的影响，提出了能够影响中点电位波动的关键矢量，并通过分配成对小矢量的作用时间实现了对中点电位的控制。最后，采用MATLAB软件对所推导的三电平逆变器SVPWM调制算法进行了仿真分析，结果证明了算法的可行性。
上传时间： 2013-08-01
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高压直流电源广泛应用于医用X射线机，工业静电除尘器等设备。传统的工频高压直流电源体积大、重量重、变换效率低、动态性能差，这些缺点限制了它的进一步应用。而高频高压直流电源克服了前者的缺点，已成为高压大功率电源的发展趋势。本文对应用在高输出电压大功率场合的开关电源进行研究，对主电路拓扑、控制策略、工艺结构等方面做出详细讨论，提出实现方案。 高压变压器由于匝比很大，呈现出较大的寄生参数，如漏感和分布电容，若直接应用在PWM变换器中，漏感的存在会产生较高的电压尖峰，损坏功率器件，分布电容的存在会使变换器有较大的环流，降低了变换器的效率。本文选用具有电容型滤波器的LCC谐振变换器为主电路拓扑，它可以利用高压变压器中漏感和分布电容作为谐振元件，减少了元件的数量，从而减小了变换器的体积。 LCC谐振变换器采用变频控制策略，可以工作在电感电流连续模式(CCM)和电感电流断续模式(DCM)，本文对这两种工作模式进行详细讨论。针对CCM下的LCC谐振变换器，本文分析其工作原理，用基波近似法推导出变换器的稳态模型，给出一种详尽的设计方法，可以保证所有开关管在全负载范围内实现零电压开关，减小电流应力和开关频率的变化范围，并进行仿真验证。基于该变换器，研制出输出电压为41kV，功率为23kW的高频高压电源，实验结果验证了分析与设计的正确性。 针对DCM下的LCC谐振变换器，本文分析其工作原理，该变换器可以实现零电流开关，有效地减小IGBT拖尾电流造成的关断损耗。论文通过电路状态方程推导出变换器的电压传输比特性，在此基础上对主电路参数进行设计，并进行仿真验证。基于该变换器，研制出输出电压为66kV，功率为72kW的高频高压电源，实验结果表明了方案的可行性。
上传时间： 2013-04-24
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太阳能作为一种新型能源以其清洁、储量大、无污染等优点使其利用越来越受到人们的重视,而光伏发电技术的应用更是人们普遍关注的焦点。本文主要研究了光伏并网发电系统的控制方法。由于目前光伏电池的价格高,转换效率比较低,为了降低系统造价和有效的利用太阳能,对光伏并网系统的控制方法的研究显得尤为重要。 本文针对光伏并网发电系统的特点,将其分为三部分进行研究。研究了光伏电池的工作原理及输出特性,在此基础上建立了其仿真模型。利用PSIM仿真软件对不同环境及不同日照强度下的太阳能电池输出特性进行了仿真。仿真与实测数据的对比验证了其仿真模型的正确性,为后续的仿真奠定基础。 光伏板的最大功率点的控制是实现光伏并网高效率的输出的必要条件。采用基于模糊控制的方法求取最大功率点驱动boost升压变换器,用以实现最大功率点跟踪和控制。针对电导增量法和干扰法的不足,研究了基于模糊控制的方法。从仿真及实验的结果均能看出系统的稳态功率损耗大大缩小,提高了其稳态性能。 阐述了并网逆变器的工作原理和控制策略。基于逆变控制方法的研究,对系统进行了仿真与实验。其中控制方法采用电流滞环跟踪控制。从仿真及实验结果中可以看出实现了输出功率因数为1的控制目标。 开发了光伏并网的实验系统,设计了基于DSP的最大功率点控制系统和逆变并网系统。实验结果表明,本文采用的控制策略和设计方法是可行有效的,主电路和控制电路的设计是合理的。
上传时间： 2013-07-28
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在能源枯竭及环境污染问题日益严重的今天，光伏发电是未来可再生能源应用的一种重要方法。本文以光伏逆变技术为研究对象，对光伏系统最大功率点跟踪方法、光伏智能充电控制策略、光伏并网系统拓扑结构与控制方法、光伏并网与有源滤波统一控制方法等问题进行了深入研究。 在扰动观测法的基础上，提出了一种直接电流控制最大功率点跟踪方法，通过检测变换器输出电流进行最大功率点跟踪控制，简化控制算法，同时省去了扰动观测法中的电压和电流传感器，降低系统成本。 研究了一种实用的光伏系统蓄电池充电控制策略，将最大功率点跟踪与智能充电控制有机结合在一起，充分利用光伏电池的输出功率，缩短充电时间，提高充电效率；研究了一种全数字式逆变器，通过电压有效值外环和瞬时值内环的双闭环控制，既能保证系统输出电压的稳态精度，又能保证瞬变负载条件下的动态特性。研制了一套3kW光伏独立发电系统并进行了实验验证。 针对住宅型光伏并网逆变器体积小、性能价格比高的要求，研究了一种基于导抗变换器的并网逆变器拓扑结构，相比于传统电流型逆变器，本拓扑省去了笨重的电抗器，同时利用高频变压器进行能量传递和电气隔离，进一步降低了系统损耗和体积，降低系统成本。 经研究发现，由于导抗变换器的固有特性，采用传统的SPWM调制方法将导致并网逆变器输出平顶饱和的非正弦电流，造成对电网的谐波污染，提出了一种新型改进调制模式。该方法可以实现高功率因数、低谐波并网发电。根据上述理论分析，研制了一台3kW单相光伏并网逆变器，实验结果验证了理论分析的正确性。 研究了一种三相电流型并网逆变器拓扑结构及其控制方法，采用改进调制模式对其进行控制，在谐波抑制方面取得了满意的效果。提出的三相并网逆变方案，相比于传统三相并网逆变器，具有如下显著优点：系统中任意一相都是一个独立的子系统，不受其它相影响，即使在某一相或某两相损坏的情况下，剩余相也能正常运行，增加了系统的冗余性；在三相电网不平衡情况下，本方法也能提供稳定的三相电流，增加系统抗电网波动能力。初看起来本方案使用的导抗变换器和变压器有3套，但是每相承受的功率容量只有系统总功率的三分之一，这样可以选用较小容量的器件，有利于高频电感和变压器的制作和生产。提出了一种基于导抗变换器的三相电流型逆变器实现方案，利用导抗变换器将输入直流电压变换为高频正弦电流，经高频变压器隔离及电流等级变换后进行裂相调制，输出为三相正弦电流。该方法不仅省去了传统电流型逆变器直流侧电抗器，而且采用高频变换进行功率传输，减小了隔离变压器及输出滤波器的体积，有利于装置的小型化和降低成本。 针对光伏电池输出电压较低的问题，研究了一种单级式三相升压型并网逆变器，通过一级变换同时实现升压和DC/AC变换功能，并且提出了一种基于DSP芯片的控制策略，本方法仅用一个电压传感器就能替代原先的三个电压传感器：每个载波周期短路相只进行一次开关动作，同时任何时刻只有2个开关管导通，可有效降低系统的开关损耗和导通损耗；由于采用DSP控制，具有控制灵活、稳定性高、成本低、并网电能质量好，便于功率调节等优点。 提出了一种光伏并网与有源滤波兼用的统一控制策略，在同一套装置上既实现光伏并网发电，又实现谐波补偿，克服目前的光伏发电装置白天发电、夜间停机的不足，提高系统利用率。详细分析了无功电流和谐波电流的检测方法、光伏并网发电有功指令电流的生成方法及电流环控制器和电压环控制器的设计方法，并对光伏并网发电与有源滤波统一控制模式和单一有源滤波模式进行了讨论，仿真和实验结果验证了所提出的系统结构及控制策略的正确性和可行性。
上传时间： 2013-04-24
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