微机电系统（MEMS）器件的构成涉及微电子、微机械、微动力、微热力、微流体学、材料、物理、化学、生物等多个领域，形成了多能量域并交叉耦合。为其产品的建模、仿真以及优化设计带来了较大的难度。由于静电驱动的原理简单使其成为MEMS器件中机械动作的主要来源。而梳齿结构在MEMS器件中有广泛的应用：微谐振器、微机械加速度计、微机械陀螺仪、微镜、微镊、微泵等。所以做为MEMS的重要驱动方式和结构形式，静电驱动梳齿结构MEMS器件的耦合场仿真分析以及优化设计对MEMS的开发具有很重要的意义。本课题的研究对静电驱动梳齿结构MEMS器件的设计具有较大的理论研究意义。 本文的研究工作主要包括以下几个方面： 1、采用降阶宏建模技术快速求解静电梳齿驱动器静电－结构耦合问题，降阶建模被用于表示微谐振器的静态动态特性。论文采用降阶建模方法详细分析了静电梳齿驱动器的各参数对所产生静电力以及驱动位移的关系；并对静电梳齿驱动器梳齿电容结构的静电场进行分析和模拟，深入讨论了边缘效应的影响；还对微谐振器动态特性的各个模态进行仿真分析，并计算分析了前六阶模态的频率和谐振幅值。仿真结果表明降阶建模方法能够快速、准确地实现多耦合域的求解。 2、从系统角度出发考虑了各个子系统对叉指式微机械陀螺仪特性的影响，系统详细地分析了与叉指状微机械陀螺仪性能指标－灵敏度密切相关的结构特性、电子电路、加工工艺和空气阻尼，并在此分析的基础上建立了陀螺的统一多学科优化模型并对其进行多学科优化设计。将遗传算法和差分进化算法的全局寻优与陀螺仪系统级优化相结合，证实了遗传算法和差分进化算法在MEMS系统级优化中的可行性，并比较遗传算法和差分进化算法的优化结果，差分进化算法的优化结果较大地改善了器件的性能。 3、从系统角度出发考虑了各个子系统对梳齿式微加速度计特性的影响，在对梳齿式微加速度计各个学科的设计要素进行分析的基础上，对各个子系统分别建立相对独立的优化模型，采用差分进化算法和多目标遗传算法对其进行优化设计。证实了差分进化算法和多目标遗传算法对多个子系统耦合的系统级优化的可行性，并比较了将多目标转换为单目标进行优化和采用多目标进行优化的区别和结果，优化结果使器件的性能得到了改善。
上传时间： 2013-05-15
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随着现代工业的迅猛发展，对作为工业装备重要驱动源之一的伺服系统的性能提出了越来越高的要求。永磁同步电机( PMSM)作为交流伺服系统的执行元件具有结构简单、功率密度高、效率高、易于散热及维护保养等优点，正得到越来越广泛地应用。要构建高性能的伺服系统，好的伺服控制系统则必不可缺，本论文主要围绕高性能的永磁同步电流伺服控制系统这一主题展开研究。 根据永磁同步电机的动态dq数学模型，从实现高性能的转矩控制出发，对永磁同步电机的矢量控制技术和直接转矩控制技术等控制策略进行了比较分析。针对本伺服系统永磁同步电机的转子结构特点，选用了具有线性控制转矩特性，能获得比较平稳转矩输出的基于转子磁场定向的id=0的矢量控制策略，同时还介绍了该策略的重要组成部分空间矢量脉宽调制技术(SVPWM)，并在MATLAB仿真平台对所选控制方案进行了仿真研究。 对控制系统的软件部分进行了设计，详细分析了针对16位定点DSP控制器TMS320LF2407A的程序设计特点，建立了电机的标幺值模型，解决了变量的定标问题。并介绍了电机控制程序的总体结构以及相关模块的详细设计过程。 为实现高性能的伺服控制系统，使伺服系统输出平滑的转矩，本文还对电压型PWM逆变器“死区效应”引入的转矩脉动进行了分析，分析表明了在永磁同步电机矢量控制系统中，由“死区效应”造成的误差电压矢量与永磁同步电机转子位置之间的关系，并应用一种实用的死区补偿技术减小了转矩脉动，提高了系统的性能。 最后在伺服系统实验平台上对伺服控制系统进行综合调试，并在此基础上做了大量的实验研究，实验结果表明系统性能可靠且拥有优良的调速性能。
上传时间： 2013-06-18
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我国电网无功补偿容量不足和配备不合理，特别是可调节的无功容量不足，快速响应的无功调节设备更少。冲击性负荷更会使得电网无功功率不平衡，将导致系统电压的巨大波动、善变，严重时会导致用电设备的损坏，出现系统电压崩溃和稳定性被破坏事故。 FC+TCR型静止无功补偿装置响应速度快，可以动态补偿无功功率，提高系统功率因数，抑制系统电压波动和闪变，因此在电气化铁路、电弧炉、轧机等的负荷无功补偿上得到广泛应用。中小用户由于成本高较少使用，但中小用户无功补偿容量及市场巨大，研制适合中小用户的FC+TCR型静止无功补偿装置很有必要。基于此目的，本文研制一台10kV FC+TCR型静止无功补偿装置，并以此为研究对象进行设计理论研究工作。 本文根据负荷无功功率的变化情况，计算了静止无功补偿装置的主电路参数，设计配备了高电位取能触发板和BOD过电压保护板。选择以TMS320F2812为核心的嵌入式控制板为主要部件，设计信号接入电路和晶闸管触发脉冲形成电路，构成最基本的静止无功补偿控制器。 基于瞬时无功补偿理论和不平衡负荷的平衡化原理（Steinmetz原理），建立补偿电纳计算模型，通过电压电流瞬时值采样计算需要补偿的瞬时无功功率和电纳，根据补偿电纳通过查表方法求得晶闸管的控制角，并将其应用到静止无功补偿装置样机中。仿真结果表明，算法是快速有效和准确的，主电路的参数是合理的，具有实际工程应用价值。
上传时间： 2013-08-02
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作为世界上发展最快的可再生能源，风能受到了世界各国的关注。随着风机数量的增加，研究电网故障时风力发电机的动态响应特性越来越重要。 本文以“3.2MW永磁风力发电机系统分析”为工程背景，旨在研究3.2MW永磁风力发电机及其系统在各种正常和非正常工况下的动态性能，分析变流系统和控制方法对电机性能的影响，为电机的优化设计提供参考。 首先，在对永磁风力发电机的基本理论进行论述的基础上，分析了变转速变桨距控制策略，并基于Matlab/Simulink建立了风力发电机模型，通过仿真分析了最大功率跟踪和变桨距控制下发电机的性能。 其次，研究了双PWM变流系统电机侧变流器和网侧变流器的控制方法，并基于Matlab/Simulink搭建了基于转速外环、电流内环双PI调节器的电机侧控制器模型及基于电网电压定向的电压外环、电流内环控制的网侧控制器模型。 最后，基于Matlab/Simulink对电网短路及电网电压跌落下不同控制方法下的永磁风力发电机系统的动态性能进行仿真；并对永磁风力发电机机端短路下的运行性能进行仿真，结果表明：网侧变流器的电流变化以及直流母线的电压波动对永磁风力发电机系统的动态性能影响较大，通过控制网侧变流器电流、直流母线电压的稳定，可以有效提高永磁风力发电机系统的动态性能；给定的电机设计参数符合短路电流倍数要求；永磁风力发电机通过变流装置并网可大大减小故障对发电机的冲击。
上传时间： 2013-04-24
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随着电力电子技术的飞速发展，越来越多的电力电子装置被应用到各个领域，给电网注入了不可忽视的无功以及谐波电流。 本文首先介绍了谐波的概念和谐波的危害，阐述了谐波问题研究的必要性和紧迫性，并对谐波抑制的方法作了简单的介绍。并在此基础上，通过对有源滤波器和无源滤波器各自的优缺点以及有源滤波器装置的结构、原理的分析，提出了基于DSP控制器的三相三线制并联型有源电力滤波器装置的设计方案。 并联有源电力滤波器主电路设计是核心环节之一。本文在三相三线并联型有源电力滤波器数学模型的基础上，通过对采用空间矢量调制的有源电力滤波器的工作过程的研究和分析，揭示了主电路各参数之间的相互关系。根据瞬态电流跟踪指标的要求推导出并联APF输出电感的估算公式。基于对电流跟踪误差矢量的度量，推导出直流侧电容电压临界值表达式。详细介绍了输出滤波器参数的设计方法。 实时、高精度的谐波检测是有源电力滤波器的重要部分。本文详细地介绍了瞬时无功功率理论，选择检测负载电流的方式以提取谐波。提出了用滑窗迭代作为低通滤波的数字算法，以快速分离负载电流中的基波分量得到谐波指令。以全数字控制为重点，对电流环的数字控制方式，包括数字PI调节器的设计做出了比较详细的分析。 本文用MATLAB/SIMULINK中的电力系统模块对有源电力滤波器进行了动态仿真研究。仿真结果表明这种拓扑结构的有源电力滤波器对电力系统中的谐波抑制具有较好的效果。 在理论分析和仿真研究的基础上，设计了基于TMS320LF2407A控制的并联型电力有源滤波器，对其控制系统硬件构成进行了详细的介绍。研制了实验样机，对并联型电力有源滤波器进行了初步的实验研究。
上传时间： 2013-04-24
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三相电压不平衡度是衡量电网电能质量的一个重要指标。在三相系统中，引起电压不平衡的主要原因是发电机的输出电压不平衡和负载不平衡两方面，电压不平衡比较严重时，会给系统带来诸多危害。近年来，STATCOM因其动态响应速度快，电流谐波含量小，装置体积小等优点，在电压不平衡补偿中的应用越来越广。 首先本文研究了基于IGCT的STATCOM主电路。为了获得更高的输出电压，通常需要将IGCT串联使用。然而在器件串联使用时，由于其特性的差异会产生暂态电压分配不均衡，导致个别器件上产生过电压而威胁器件的安全，严重时会烧毁器件。因此需要采用均压电路来保证串联结构中电压的平均分配。本文重点对IGCT串联均压电路和缓冲电路进行了设计，在分析串联均压电路的同时，计算了吸收电容和吸收电阻的取值范围。而后，对缓冲电路进行了Pspice仿真，通过仿真验证了均压电路的工作效果。结果表明，吸收电容和吸收电阻的取值合适，能够对IGCT的串联运行起到很好的保护作用。本文还对100Kvar/660VSTATCOM的主电路进行了参数设计，对IGCT的型号和各主要元件进行了选择。 本文重点研究了不平衡系统中STATCOM的控制策略。建立了基于IGCT的STATCOM的数学模型；根据STATCOM的电流暂态模型，对电流电压进行序分解，并做D—Q坐标变换，建立STATCOM在静止坐标系下的正、负序数学模型。基于建立的负序模型，研究STATCOM在不平衡情况下的控制策略，本文采用无差拍控制方法；根据实际补偿时遇到的问题：收敛速度慢、依赖固定的负载模型、鲁棒性差等，对无差拍控制方法进行了优化设计。该优化方法在传统无差拍的基础上引入了参考电流观测器和状态观测器；文中具体设计了这个改进无差拍控制器和其相关电路。经分析与仿真验证了本文提出的优化控制方法，将该方法应用于STATCOM不平衡补偿器，取得了良好的不平衡补偿性能、快速的动态响应和良好的鲁棒性。
上传时间： 2013-06-05
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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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空调压缩机是空调器的核心部件。传统定速空调器中压缩机多采用单相异步电动机，对电机采用简单的开关式控制，电能损耗、室温波动及噪音都很大，压缩机容易受冲击损坏。随着人们生活水平的提高及能源短缺问题的出现，将变频调速技术应用于空调器中，将变频压缩机取代传统定频定速压缩机，对其进行变频调速将使压缩机减少开停次数，降低室温波动，提高舒适度，获得了更好的空气调节效果和实现节能降耗的要求。 空调系统是一个典型的多输入多输出、具有大滞后特性的菲线性系统。要对空调压缩机进行变频调速，需要根据房间温度的变化得出压缩机的频率值。由于空调系统精确的数学模型难以取得，且时间常数较大，传统的PID调整不仅费时费力，性能指标也不能令人满意。因此，将模糊控制技术引入空调压缩机的变频调速控制，建立模糊控制器，以房间温度的变化和变化率为输入，压缩机的频率为输出。对于提高空调系统的控制精度、稳定性和可靠性，无论从学术研究角度出发，还是在工程应用方面，都具有相当的现实意义。 本文分别从三相异步电动机的变频调速技术、变频空调控制策略等方面进行了探讨分析。首先将模糊控制技术应用到空调压缩机变频调速中，根据建立模糊控制规则的基本思想及实际运行经验，通过模糊控制技术使空调压缩机具有自调整的智能特性，从而得出最佳的动态控制参数，克服了PID控制器控制精度较低、消除稳态误差能力差的缺点。 然后详细阐述了SVPWM的基本原理，对空间矢量调制（SVPWM）方式及其实现方法进行了探讨。在变频压缩机的控制中采用先进的SVPWM调制技术，压缩机能根据室内需要的冷（热）量不同，连续地、动态地、实时地调整其制冷（热）量，始终保持在较合理的运转状态下。能够进一步提高电压的利用率和频率分辨率，并使压缩机运行更加平稳，提高空调的效率，达到节能降耗的效果。
上传时间： 2013-04-24
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无功功率是影响电网稳定的一个重要因素，无功补偿是保证电力系统高效可靠运行的有效措施之一，它关系到整个电力系统能否安全稳定的运行。基于国内电力市场的需求现状，考虑到无功补偿的实现条件和经济适应性，研制出了一种基于DSPTMS320LF2407A控制的TSC型低压动态无功补偿装置。 本文主要研究了TSC无功补偿的基本原理，无功补偿的控制方式和原理，MATLAB系统仿真以及控制器的软、硬件的设计。在硬件设计方面，由DSPTMS320LF2407A作为主控制器，能够实现自动采样计算、无功自动调节、故障保护、数据存储等功能，具有比传统的单片机控制运算速度高，实时性好的特点。采用晶闸管控制投切电容器，完全实现了电容器的快速，无弧，无冲击投切，具有优良的性能。在软件上，采用C语言和汇编语言混合编程。在投切原则上，与常见的功率因数控制方案相比较，采用无功功率和功率因数相结合控制方式，避免了轻载投切振荡，使无功调节更为合理。 为了实现装置应具有的功能，本文设计并制作了较为完整的控制电路及其外围设备的硬件电路。文中设计编写了整个控制系统的控制程序，给出了控制软件的结构框图。结果表明本装置软硬件设计合理，控制方法可行，系统运行可靠，达到了预期的目的。
上传时间： 2013-07-05
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直接转矩控制技术是继矢量控制技术之后交流调速领域中新兴的控制技术，它采用空间矢量的分析方法，在定子坐标系下计算并控制转矩和磁链，以获得转矩的高动态性能。比较于矢量控制，它省去了复杂的矢量变换，克服了对电机转子参数的依赖性，具有转矩响应快的优点。然而，异步电动机的直接转矩控制系统存在转矩、电流和磁链脉动较大，开关频率不恒定的问题。本文在传统直接转矩控制的基础上，针对其存在的缺点提出了基于空间矢量脉宽调制的直接转矩控制策略。 这种新型的直接转矩控制策略使空间矢量脉宽调制技术和直接转矩控制技术相结合。把电动机和PWM逆变器看成一体，使电动机获得赋值恒定的近似理想的圆形磁场，解决其转矩、电流、磁链脉动大，开关频率不恒定的问题。在论文撰写的过程中做了如下工作： 根据电机原理和坐标变换理论，建立定子正交α—β两相静止坐标系下的异步电动机的数学模型，包括电机的磁链模型、转矩模型和运动方程。 设计PI控制器，该控制器把转矩和磁链误差信号转换成参考电压，然后通过坐标变换把参考电压变换成SVPWM模块所需的指令电压，对SVPWM模块进行控制。 设计SVPWM控制模块，其中设计了期望电压空间矢量的合成方法，矢量区段的判断，计算了开关器件的导通时间和时刻。 通过理论分析和设计各个模块，组成了控制系统逆变器部分的仿真模型。在MATLAB/SIMULINK仿真工具箱中搭建仿真模型，通过设置合理的仿真参数、电机参数、给定量参数以及PI控制器的控制参数对系统进行仿真研究，从而在理论上验证系统设计的正确性。 仿真实验结果证明了这种基于空间矢量脉宽调制的直接转矩控制方法可以有效改善直接转矩控制系统的性能。减小传统直接转矩控制中的磁链和转矩脉动，并使逆变器工作在恒定的开关频率。最后总结论文所做的研究工作，并展望了今后的研究重点和方向。
上传时间： 2013-04-24
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