开关磁阻电机（SR电机）驱动系统（SRD）是一种先进的机电一体化装置，但是其较大的振动噪声和转矩脉动问题制约了SRD的广泛应用。本文以减小SR电机振动噪声和转矩脉动为主题展开理论分析和实验研究。主要内容有：由于径向力引起的定子径向振动是SR电机噪声的主要根源，因此径向力的分析和计算是研究SR电机振动噪声的基础。本文利用磁通管法推导出径向力的解析表达式，定性分析了径向力与电机结构参数等之间的关系。根据虚位移原理，推导出基于矢量磁势的电磁力计算公式。该计算方法求解电磁力时只需进行一次磁场计算，不但减小了计算量，同时计算精度较传统虚位移法高。利用这一计算方法，求出了实验样机的转矩及径向力的精确数值解。针对在SRD性能仿真时，传统的非线性插值不但耗时，而且对有限元计算数据量要求高的问题，本文利用人工神经网络强大的非线性模型辨识能力，成功进行了SR电机磁链反演和转矩计算的模型训练，最后建立了基于人工神经网络的SR电机精确解析数学模型。因为SR电机本体结构形式的选择问题与振动噪声大小有着密切的关系。本文从噪声辐射和振动幅值角度探讨了SR电机主要尺寸的确定；接着从对称性、力波阶数等角度研究了SR电机相数及绕组连接方式、极数、并联支路数的选择问题。并对一些常用的降低电机机械噪声的措施和方法进行了综述。系统振动特性的研究对于减小振动噪声十分重要。本文从振动系统的运动方程出发，导出了从激振力到振动加速度的传递函数和系统的自由振动解；然后利用机电类比法得出了SR电机定子系统的固有频率以及振动振幅的解析解，定性分析了影响振动振幅的各种因素；最后利用基于能量法的有限元解法，通过建立不同的散热筋结构形式、高度、根数以及形状的SR电机三维有限元模型，分析得出了最有利于降噪和散热的散热筋结构是高度高、根数多、上窄下宽的梯形截面的周向散热筋的结论。通过建立不同绕组装配工艺下的SR电机三维有限元模型，分析得出了加强绕组刚度可以提高系统低阶固有频率的结论。通过比较实验样机的模态分析结果和运行实验结果，证实了模态分析的有效性。仿真是计算SRD系统性能和预估电机振动的有效手段。本文在用MATLAB建立SRD系统的非线性动态仿真模型的基础上，对SRD系统进行了稳态性能仿真、动态性能仿真以及负载突变仿真。接着利用稳态性能仿真，综合考虑最大平均转矩和效率这两个优化目标，对SR电机的开关角进行了优化。最后结合由磁场有限元计算得到的径向力数据表和稳态性能仿真，通过非线性插值得到径向力的波形，然后对径向力波形进行了频谱分析，从而找到其主要的谐波分量。在电机设计阶段避免径向力波主要频谱分量与SR电机定子的固有频率接近而引起共振是降低SR电机噪声的首要条件。合适的控制策略对于SR电机减振降噪是必不可少的。本文理论推导出三步换相法的时间参数取值公式。仿真证明本取值公式较原先文献的结论在阻尼比较小时有更好的减振效果。针对SR电机运行中可能出现多个模态振形被激发出来的情况，利用数值优化法对三步换相法的时间参数进行了优化，使得减振效果整体最佳，所提的数值优化方法对两步换相法同样有效。在分析已有的直接瞬时转矩控制的基础上，针对其不足之处，提出了转矩定频控制取代内滞环的方法、开始重叠区域的转矩控制方法、最佳开关角度二次优化法和时间参数优化的三步换相法等新的控制方案。动态仿真证明这些方案是切实有效的，达到了预期效果。最后在直接瞬时转矩控制的每一次转矩斩波都使用三步换相法，和在相关断时刻根据实际电平灵活选用两步或三步换相法以减小电机振动噪声，并提出了考虑减振要求的开关频率设计方法，最终形成了一套完整的降低振动噪声和转矩脉动控制策略。设计并研制了基于TMS320LF2407DSP的SR电机控制器。根据控制策略要求，选用了不对称半桥功率电路拓扑结构；出于降低成本以及提高可靠性考虑，采用了MOSFET双路并联电路方案。在控制软件中实现了本文所提出的降低SR电机振动噪声和转矩脉动控制策略。本文最后对实验样机进行了静态转矩的测量实验，对比转矩测量值与转矩有限元计算值，验证了磁场有限元计算的有效性。然后对实验样机进行了空载与负载、电流控制与转矩控制、低速斩波与高速单波、是否采用两步或三步换相法等一系列对比运行实验，对比各种实验结果，充分证实了本文所提出的降低振动噪声和转矩脉动控制策略的有效性。本课题组承担了国家十·五863计划电动汽车重大专项：“EQ6110HEV混合动力城市公交车用电机及其控制系统”（2001AA501421）。本文的研究是在该项目的资助下完成，并且本文关于电机本体结构形式、散热筋结构和机械降噪措施等的结论已在该项目的60kW实验样机上得到证实。
上传时间： 2013-07-05
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超声波电机是上个世纪八十年代逐步发展起来的新型微电机。它利用压电陶瓷逆压电效应激发的超声振动作为驱动力，通过定转子间的摩擦力来驱动转子运动。与传统的电磁马达相比，它具有低速大转矩、无电磁干扰、动作相应快、运行无噪声、无输入时能自锁等卓越特性，在非连续运动领域、精密控制领域要比传统的电磁电机性能优越得多。目前，旋转型超声波电机，尤其是环形行波型超声波电机，在工业、办公、过程自动化等领域的伺服系统中作为直接驱动执行器得到广泛的关注。 本论文主要研究并设计了用于超声波电机控制驱动的小型控制系统。其目的是针对市场需要，提供给用户一种价格较低、体积小、性能指标适中，操作简便，能够实现快速定位，速度可调节的标准的闭环控制器。 控制器的核心为MSP430F167。课题对外围检测、控制、驱动电路进行相关的研究和设计，并按照控制器的需求设计相应的软件。最后给出实验结果：系统运行稳定，速度曲线较为理想，达到了最初的设计要求。 系统总结了超声波电机的发展、特点、分类，通过与传统电磁电机的对比给出了超声波电机的广阔的应用前景。在此基础上，指出了超声波电机研究的发展方向，明确了本文的研究内容。 总结了环形行波型超声波电机的结构特点、运行机理，并在此基础上总结了环形行波型超声波电机调频、调相、调幅等控制方法以及推挽、半桥和全桥驱动逆变电路的优缺点。 本课题设计了基于超声波电机的控制驱动系统电路。首先，提出了本次设计的设计思想及目的；其次，介绍了本设计的控制器硬件电路具体设计过程以及调频调速的实现方式。然后，详细介绍了该控制系统的软件构成，包括上位机软件、下位机软件以及通讯部分。详细阐述了在本控制系统中的调速、定位原理。最后通过实验结果说明了该小型控制系统的有效性。
上传时间： 2013-07-18
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直流偏磁是变压器的一种非正常工作状态，是指在变压器的励磁电流中出现了直流分量。在直流输电系统中，由于换流站的工作特性，有直流电流分量流过换流变压器的绕组，产生直流偏磁现象，这一现象将对换流变压器的正常运行产生不利的影响，如励磁电流发生畸变、变压器铁心损耗增加及铁心高度饱和引起的漏磁通增加。因此，从电磁场的角度分析这一现象是必要的。 由于铁磁材料的非线性，不能应用叠加原理分析直流偏磁时的励磁情况。为此，本文应用了二维瞬态场路直接耦合有限元法，借助大型有限元分析软件Ansoft，定量分析了在不同等级直流偏磁电流作用下，换流变压器空载运行状态下的励磁电流波形情况，结果表明，直流偏磁使铁心中的磁通密度发生偏移，对应的励磁电流波形呈现正负半波极不对称的形状，并且直流偏磁量越大励磁电流的畸变越严重。 在求出直流偏磁量与励磁电流峰值关系的基础上，应用一种基于铁心空载损耗数据的方法，定量分析了在不同等级直流偏磁电流作用下，换流变压器铁心损耗情况，结果表明，随着直流偏磁电流的增加，铁心损耗也会随之增加，这会导致铁心温升上升，严重时会导致铁心局部过热，影响变压器的正常运行。 在漏磁场分析中，讨论了变压器漏磁场的类型和作用，经过合理简化，建立了换流变压器二维漏磁场计算模型，应用二维瞬态场路直接耦合有限元法，分析了不同等级直流偏磁电流作用下，换流变压器漏磁场分布情况，结果表明，随着直流偏磁量的增加，不同位置处漏磁场分量的变化规律基本不变，但漏磁在增加，且不同位置漏磁分量增加的速率不同。
上传时间： 2013-06-25
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随着电力电子技术的迅速发展和推广应用，利用计算机仿真对电力电子电路进行分析和研究得到了日益广泛的重视。尽管目前一些仿真软件都有比较强大的功能，可以利用它们来完成某些电力电子装置的某些分析工作，但是由于器件模型的限制和电力电子装置负载的复杂性，使得这些软件并不能完成对于电力电子装置所要进行的所有分析要求，特别是当其被用于电力电子装置故障运行的仿真。针对上述问题，本论文在研究器件建模方法和装置仿真方法的基础上，运用C++语言开发了一个可专门用于电力电子装置仿真分析的程序。 本课题首先对于各种电力电子器件进行建模。在对各种元器件特性深入研究的基础上利用已知的电路原理和建模方法，抓住各具体电力电子器件的主要特征，建立其电路及逻辑仿真模型。由于本论文中研究的是电力电子装置作为一个整体的特性，所以在对器件电路模型的建模过程采用高层次的电路模型，即理想开关模型和双极性电阻模型。器件的逻辑模型则是通过皮特里网络来实现，根据仿真的目的可建立不同精细程度的逻辑模型。因为器件逻辑模型的建模过程中采取的逐步细化的原则与面向对象程序设计中自顶而下，逐步求精的思想不谋而合，所以在仿真程序中采用C++语言对所建立的器件模型进行描述。 针对电力电子装置的非线性，病态特性和其负载的复杂性，使用阶段仿真的思想进行程序设计。确定了仿真程序的总体结构，并实现了程序的模块化设计。利用通用的状态变化检测模块和兼容性检测模块在程序中确定电路结构发生变化的精确时刻，它们独立于具体的电路结构。状态方程模块和输出方程模块虽然与具体的电路结构相关，但是亦可将其设计为模块的形式，针对不同的电路结构仅需改变模块中对于状态方程和输出方程的描述。鉴于数值计算方法对于仿真结果的重要性，本论文中讨论了几种数值积分方法的特点及适用范围，并在程序用编写了几种常用的算法，以供用户选择。通过对于瓦格纳斩波器、三相全控整流桥和三相半控整流桥的仿真验证仿真程序的正确性和实用性。
上传时间： 2013-07-16
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LED显示屏自问世以来经历了飞速发展，如今已经成为了平板显示器的一个重要产品。LED显示屏具有亮度高、功耗小、颜色鲜艳等特点，能完成实时性、多样性、动态性的信息发布任务，胜任各种户外公共场合。高效节能和保护环境已成为当今世界发展的重要议题。因此，为LED显示屏提供高效节能的电源及其驱动技术，就成为了LED大屏幕显示技术得到推广普及的关键性问题。 本文设计了一种低功耗、小成本的LED显示屏驱动电源，并在此基础上研究了LED显示屏的一种时序扫描算法。采用半桥式开关电源作为LED显示屏驱动电源的基本拓扑，完成了EMI滤波器、主电路和控制驱动电路的设计工作：利用FPGA和VHDL语言设计了基于PWM技术的闭环反馈控制，实现了恒压电源的基本要求；并在电源输出整流侧采用同步整流的设计方案，利用低导通阻抗的电力MOSFET，使整流损耗得到了大大降低。研究了LED显示屏的基本扫描算法，介绍了LED显示屏的一些基本常识和概念，利用FPGA和VHDL语言设计了一种简易的LED显示阵列。仿真和实验研究表明该电路结构简单、控制方便，扫描算法简易可行，满足了LED显示屏时序扫描控制的基本要求。
上传时间： 2013-06-23
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随着环境污染的恶化和能源危机问题的凸现，低污染、高节能的电动汽车的研究和应用成为当今汽车产业的发展趋势。作为电动汽车所必须的辅助设备—充电电源，其安全性、高效性及便携性是影响电动汽车广泛推广的关键因素。因此，发展高效可靠的充电电源已成为电动汽车领域的重点研究方向之一。本论文以移相全桥直流变换器为基础，系统研究了移相全桥变换器控制策略和电路拓扑中的重要问题，研制一套适用于电动汽车的充电电源。论文的主要研究工作包括： 介绍电动汽车充电电源的充电方式以及软开关全桥技术，并对蓄电池的各种充电方式进行比较。 分析了移相全桥直流变换器的基本原理，对现今的几种零电压零电流（ZVZCS）移相全桥变换的主电路拓扑比较，选择一种具有副边简单辅助电路的移相全桥作为主电路拓扑，结合所需电源的具体参数，对主电路拓扑各元件进行设计，对主电路的工作过程分析，建立了其等效电路小信号模型。利用MATLAB中的SIMULINK仿真模块对主电路进行仿真，证明了主电路参数设计的合理性。 设计了以DSP为控制核心的电源系统，实现移相全桥控制、输出电流电压调制和过流过压保护等功能，采用中断功能实现移相PWM脉冲的软件生成方法，给出了系统主程序、中断服务程序、键盘及LCD显示的程序流程图。 最后给出样机的实验结果和分析。结果表明，在任何负载下，超前臂能够较好的实现零电压开关，在小于半载的情况下，滞后臂能够较好实现零电流开关。
上传时间： 2013-05-29
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随着计算机技术的迅猛发展，受其影响的仪器行业也发生了巨大的变革，即仪器的手动操作使用改为计算机控制自动测试。随着自动测试技术和程控仪器的发展，除了要求物理硬件接口标准化外，也要求软件控制标准化。 硬件方面，从20世纪50代自动测试概念建立起，经过初期专用接口、半专用接口到20世纪80年代中期才普及推广开放式标准接口总线，如RS232串行通信接口总线、GPIB通用接口总线、PXI计算机外围仪器系统总线、VXI块式仪器系统总线等。 软件方面，1987年6月颁布的IEEE488．2（程控仪器消息交换协议）标准首先解决了数据结构方面的问题，但仍将大量的器件语义留给设计者自由定义。1990年4月，国际上九家仪器公司在IEEE488．2基础上提出了SCPI（Standard Commands for Programmable Instruments程控仪器标准命令），才使程控仪器器件数据和命令得到标准化。SCPI的总目标是缩短自动测试系统程序开发时间，保护仪器制造者和使用者双方的硬、软件投资，为仪器控制和数据利用提供广泛兼容的编码环境。 仪器接收到SCPI消息后进行响应：接收字符串消息、词法分析、语法分析、中间代码生成、优化和目标代码生成，语法分析模块的性能直接影响到程控执行效率。为了进一步简化仪器内语法分析模块、提高程控执行效率，本课题提出了在接口电路中加入解析模块的思想，可将控制器发送到仪器的SCPI消息即复杂的ASCII码字符串转变为简单的二进制代码。采用此解析模块将大大简化仪器设计者的软件工作，既能实现仪器语言标准化又能提高仪器对远程 控制的响应速度，这在研究实验室内的自制仪器时将是很有用的。 仪器接口有很多种，本课题主要讨论了RS232和GPIB两种接口。本设计中仪器接口板是独立于仪器的，与仪器单独使用微处理器，若要与仪器连接实现通信只需在两微处理器之间进行通信即可，这样做的目的是：一方面可以不影响仪器的设计和操作，一方面可以实现接口板的通用性和仪器的可换性。针对于RS232接口为一简单接口，我先将工作重心放在软件设计上，主要考虑怎样把复杂的ASCII码字符串解析为简单的二进制代码。针对于GPIB接口，软件设计的主要部分已完成，再把工作重心放在硬件设计上，采用性价比更高的CPID实现GPIB接口芯片NAT9914。为了观察解析结果还加入了LCD显示。本设计在开发通用的、低价的仪器接口板方面做了一个有益的尝试，为进一步的自动测试系统研究打下了基础。 关键词：仪器；SCPI；RS232接口；GPIB接口；CPLD
上传时间： 2013-04-24
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21世纪，人类面临着实现经济和社会可持续发展的重大挑战，能源问题越来越突出，太阳能等可再生能源逐渐成为人类关注的焦点。时至今日，人类对光伏系统的研究越来越深入广泛，但在光伏系统的研发过程中，太阳能电池由于受日照强度、环境温度影响较大，导致实验成本过高，研发周期变长。太阳能电池阵列模拟器便能较好地解决这一问题。 @@ 本文首先对比了模拟式太阳能电池模拟器和数字式太阳能电池模拟器的优缺点，选取了数字式太阳能电池阵列模拟器作为研究对象，并对研究太阳能电池阵列模拟器的实际意义作了阐述。随后描述了太阳能电池的输出特性，讨论了适合工程计算的太阳能电池阵列数学物理模型。 @@ 本文研究的太阳能电池阵列模拟器由功率电路和控制电路两部分组成。功率电路选取了半桥型DC/DC电路作为主电路拓扑，对其工作过程进行了分析，并对各部分电路进行了设计。然后设计了电压电流双闭环调节器，在此基础之上用PSIM仿真软件对所设计的太阳能电池阵列模拟器进行了仿真，包括静态工作点的仿真以及动态响应速度的仿真，通过仿真验证了模拟器能够达到所要求指标。 @@ 控制电路板是整个模拟器的核心控制部分，通过控制运算提供输出电压的参考值，进而提供控制功率管开通关断的PWM信号。本文选取了microchip公司的dsPIC30F2023作为主控制芯片，分析了该型号微处理芯片的性能特点，介绍了模拟信号采样电路、232通讯电路、人机交互界面电路等外围电路的硬件设计，调节器采用了数字PID控制。 @@ 在MPLAB集成开发环境中进行了软件方案的设计，主要包括主程序、生成PWM程序、AD采样、故障处理、人机交互程序等，介绍了各个模块的程序流程。 @@ 软硬件系统设计完成后，最终实现了太阳能电池阵列模拟器，可以为光伏系统的研究提供一个良好的实验平台。 @@关键词：太阳能电池阵列模拟器；半桥型DC/DC变换器；dsPIC30F2023
上传时间： 2013-07-28
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数字技术、电力电子技术以及控制论的进步推动弧焊电源从模拟阶段发展到数字阶段。数字化逆变弧焊电源不仅可靠性高、控制精度高而且容易大规模集成、方便升级，成为焊机的发展方向，推动了焊接产业的巨大发展。针对传统的埋弧焊电源存在的体积大、控制电路复杂、可靠性差等问题，本文提出了双逆变结构的焊机主电路实现方法和基于“MCU+DSP”的数字化埋弧焊控制系统的设计方案。 本文详细介绍了埋弧焊的特点和应用，从主电源、控制系统两个方面阐述了数字化逆变电源的发展历程，对数字化交流方波埋弧焊的国内外研究现状进行了深入探讨，设计了双逆变结构的数字化焊接系统，实现了稳定的交流方波输出。 根据埋弧焊的电弧特点和交流方波的输出特性，本文采用双逆变结构设计焊机主电路，一次逆变电路选用改进的相移谐振软开关，二次逆变电路选用半桥拓扑形式，并研究了两次逆变过程的原理和控制方式，进行了相关参数计算。根据主电路电路的设计要求，电流型PWM控制芯片UC3846用于一次逆变电路的控制并抑制变压器偏磁，选择集成驱动芯片EXB841作为二次逆变电路的驱动。 本课题基于“MCU+DSP”的双机主控系统来实现焊接电源的控制。其中主控板单片机ATmega64L主要负责送丝机和行走小车的速度反馈及闭环PI运算、电机PWM斩波控制以及过压、过流、过热等保护电路的控制。DSP芯片MC56F8323则主要负责焊接电流、焊接电压的反馈和闭环PI运算以及控制焊接时序，以确保良好的电源外特性输出。外部控制箱通过按键、旋转编码器进行焊接参数和焊接状态的给定，预置和显示各种焊接参数，快速检测焊机状态并加以保护。 主控板芯片之间通过SPI通讯，外部控制箱和主控板之间则通过RS—485协议交换数据。通过软件设计，实现焊接参数的PI调节，精确控制了焊接过程，并进行了抗干扰设计，解决了影响数字化埋弧焊电源稳定运行的电磁兼容问题。 系统分析了交流方波参数的变化对焊接效果的影响，通过对焊接电流、焊接电压的波形分析，证明了本课题设计的埋弧焊电源能够精确控制引弧、焊接、 收弧等焊接时序，并可以有效抑制功率开关器件的过流和变压器的偏磁问题，取得了良好的焊接效果。 最后，对数字化交流方波埋弧焊的控制系统和焊接试验进行了总结，分析了系统存在的问题和不足，并指出了新的研究方向。 关键词：埋弧焊；交流方波；数字化；逆变；软开关技术
上传时间： 2013-04-24
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由于传统供电系统的固有缺陷，当单台电源供电时，一旦发生故障可能导致整个系统瘫痪，造成不可估计的损失。逆变电源并联技术是提高逆变电源运行可靠性和扩大供电容量的重要手段。并联技术可以提高逆变电源的通用性和灵活性，使系统设计、安装、组合更加方便，使可靠性进一步提高。 本文主要研究逆变电源输出的数字控制技术，以及逆变电源的并联控制策略，以改善逆变电源的输出性能，提高逆变电源的可靠性，并为分布式发电系统提供最基本的单元模块。本系统采用高频逆变技术，主电路前级采用BOOST升压，后级采用半桥逆变电路，以TI公司的TMS320F2806DSP为主控核心实现了系统的控制功能。本文主要研究内容如下： 1.首先介绍了当前的适合逆变电源的控制策略，分析了这些控制策略的优缺点，介绍了当前的适用于逆变电源并联运行的控制策略，并简单介绍了它们的原理； 2.介绍了逆变电源无线并联的关键技术，依据下垂并联控制的数学模型，对并联系统的功率下垂特性、功率解耦控制思想等方面进行了详细的分析； 3.通过对当前逆变电源控制策略的分析、研究，对所选的逆变电源主电路进行数学建模，设计了逆变电源三闭环调节控制器，并通过Matlab仿真工具进行仿真，验证了该控制策略的可行性； 4.建立了单相逆变电源无线并联控制系统的MATLAB仿真模型，并通过仿真实验对其进行了验证分析，结果表明：该基于下垂法控制的无线并联方案可以使系统实现对输出有功功率、无功功率和谐波功率的良好控制； 5.采用DSP为主控芯片，设计并制作了单相无线并联型逆变电源样机，给出并联型逆变单元输出滤波电感参数选择的工程设计方法和原则，并对上述的三闭环控制策略进行了实验测试，实验结果良好。
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