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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随着对电能应用高效率的要求，基于电力电子技术的非线性负载等开关设备的应用越来越普遍，这些开关设备造成的谐波成分对电网的污染也越来越严重。这些谐波会影响其它电气设备的正常工作，危及电网安全。电力有源滤波器由于能对频率和幅值都变化的谐波进行跟踪补偿，得到了广泛的研究。 本文是在课题组380V、260kVA纯有源电力滤波器项目方案的论证阶段，为提高大容量单台纯有源滤波器的效率和动、稳态性能而做的分析、设计和仿真验证工作。论文首先介绍了通过LCL滤波器与电网相连的并联电力有源滤波器的主电路结构，进而分析了这种主电路结构在大容量和低开关频率场合对开关纹波衰减的优势。通过比较PI控制和状态反馈控制，选取全状态反馈来达到对系统的稳定控制。 将电网处理为扰动输入，对LCL主电路在静止abc坐标系中进行了建模，然后选取系统闭环期望极点设计了控制系统。为消除电网这个外部输入对指令电流跟踪的影响，引入了电压前馈，并从理论上推导了前馈的具体关系式。之后引入了观测器，并把对电网输入的建模考虑进了观测器，消除了电网输入对状态估计和补偿输出造成的偏差。在电力有源滤波器实际安装时，电网进线和变压器的电感是不确定的，其会加在LCL的网侧电感上，从而使对系统基于状态空间的建模产生偏差，因此文章研究了所设计的控制器对LCL网侧电感变化的适应性。为保证电力有源滤波器的稳态指标，对状态反馈后的系统设计了重复控制器。 最后，基于设计的控制器在MATLAB/Simulink环境下建立了对1MW不控整流负载进行补偿的电力有源滤波器系统模型，进行了仿真；并对动静态性能进行了分析，验证了设计和理论分析的正确性。
上传时间： 2013-06-20
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高频开关电源系统具有体积小、重量轻、高效节能、输出纹波小等优点，现已开始逐步成为现代电源系统的主流。但是在传统的开关电源技术中，它通常是采用模拟电路来实现电压或电流控制的。近年来，随着数字信号处理技术的日益完善、成熟，微处理器/微控制器和数字信号处理器性价比的不断提高，数字控制在以实现复杂的控制策略，采用数字控制具有更高的稳定性、可靠性和灵活性，并本文对开关电源的常用拓扑结构、模糊控制、模糊PID控制理论、PWM产生原理进行了研究，在此基础上设计了一种新型数字化的开关电源系统。该系统以TMS320LF2407为控制核心，利用模糊PID控制，建立电压环单环控制结构，直接生成数字PWM波形，经过IR2118驱动主电路的功率开关管(MOSFET)。 本系统采用模糊PID控制策略。该控制策略既能发挥模糊控制的动态响应快、超调量小、较好的适应性的特点，又能发挥PID控制的稳态精度高的优点，能较好的适应开关电源的非线性，实时性控制的需要。整个电源系统以DSP为控制核心，用单个TMS320LF2407 DSP芯片来集中实现电源输出调压和过压过流保护等要灵活地选择不同的控制功能。 另外，本文按照高频开关电源的设计步骤，采用基于DSP的数字控制方式，最后对本开关电源主电路进行了PID控制和模糊PID控制的对比仿真研究。仿真结果表明这种控制策略具有很好的控制性能，算法实现比较简单，同时控制模块设计简单，可靠性高，是一种比较实用、易于实现的控制算法。
上传时间： 2013-07-01
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近些年来，随着电力电子技术的发展，电力电子系统集成受到越来越多的关注，其中标准化模块的串并联技术成为研究热点之一。输入并联输出串联型(Input-Parallel and Output-Series，IPOS)组合变换器适用于大功率高输出电压的场合。 要保证IPOS组合变换器正常工作，必须保证其各模块的输出电压均衡。本文首先揭示了IPOS组合变换器中每个模块输入电流均分和输出电压均分之间的关系，在此基础上提出一种输出均压控制方案，该方案对系统输出电压调节没有影响。选择移相控制全桥(Full-Bridge，FB)变换器作为基本模块，对n个全桥模块组成的IPOS组合变换器建立小信号数学模型，推导出采用输出均压控制方案的IPOS-FB系统的数学模型，该模型证明各模块输出均压闭环不影响系统输出电压闭环的调节，给出了模块输出均压闭环和系统输出电压闭环的补偿网络参数设计。对于IPOS组合变换器，采用交错控制，由于电流纹波抵消效应，输入滤波电容容量可大大减小；由于电压纹波抵消作用，在相同的系统输出电压纹波下，各模块的输出滤波电容可大大减小，由此可以提高变换器的功率密度。 根据所提出的输出均压控制策略，在实验室研制了一台由两个1kW全桥模块组成的IPOS-FB原理样机，每个模块输入电压为270V，输出电压为180V。并进行了仿真和实验验证，结果均表明本控制方案是正确有效的。
上传时间： 2013-06-17
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本文从感应加热基本原理出发，概述了感应加热技术的现状及发展趋势，在分析串联谐振逆变器各种功率控制策略原理及优缺点的基础上，对于移相调功轻载时的缺陷，本文将有限双极性PWM法引入逆变器轻载时的输出控制，通过DPLL锁相，使滞后桥臂的电压与电流始终保持一定的相位，同时结合非轻载时移相功率调节良好的特性，提出了一种基于DSP的新型功率控制策略，克服了传统移相全桥的缺点，使得高频逆变电源在轻载条件下仍能实现软开关，且轻载时电流连续调节范围广，三角畸变程度轻于PSPWM，大幅度的扩大了负载的适用范围，提高了电源整机效率。 在对新型PWM功率控制串联谐振逆变器工作过程进行分析的基础上，解决了所有开关管的软开关问题；并通过分析功率输出单元的输出电压、电流、功率等，进而得到一个脉冲周期的输出电压、电流及功率的计算式。在这些理论分析的基础上，本文设计了基于新型PWM功率控制策略的感应加热电源实验系统，对主电路各元器件进行了精确计算与设计，设计了以TMS320LF2407A为核心的控制与保护电路，并对DSP外围电路进行设计，同时编写了基于新型PWM功率控制策略，以数字环相环及功率控制算法为核心的DSP程序，相关的仿真与实验系统得到的输出波形很好的验证了新型PWM控制策略的可行性。
上传时间： 2013-04-24
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在实际应用中，对永磁同步电机控制精度的要求越来越高。尤其是在机器人、航空航天、精密电子仪器等对电机性能要求较高的领域，系统的快速性、稳定性和鲁棒性能好坏成为决定永磁同步电机性能优劣的重要指标。传统电机系统通常采用PID控制，其本质上是一种线性控制，若被控对象具有非线性特性或有参变量发生变化，会使得线性常参数的PID控制器无法保持设计时的性能指标；在确定PID参数的过程中，参数整定值是具有一定局域性的优化值，并不是全局最优值。实际电机系统具有非线性、参数时变及建模过程复杂等特点，因此常规PID控制难以从根本上解决动态品质与稳态精度的矛盾。永磁同步电机是典型的多变量、参数时变的非线性控制对象。先进控制方法(诸如智能控制、优化算法等)研究应用的发展与深入，为控制复杂的永磁同步电机系统开辟了崭新的途径。由于先进控制方法摆脱了对控制对象模型的依赖，能够在处理不精确性和不确定性问题中有可处理性、鲁棒性，因而将其引入永磁同步电机控制已成为一个必然的趋势。本文根据系统实现目标的不同，选取相应的先进控制方法，并与PID控制相结合，对永磁同步电机各方面性能进行有针对性的优化，最终使其控制精度得到显著的提高。为达到对永磁同步电机进行性能优化的研究目的，文中首先探讨了正弦波永磁同步电机和方波永磁同步电机的运行特点及控制机理，通过建立数学模型，对相应的控制系统进行了整体分析。针对永磁同步电机非线性、强耦合的特点，设计了矢量控制方式下的永磁同步电机闭环反馈控制系统。结合常规PID控制，将模糊控制、遗传算法、神经网络和人工免疫等多种先进控制方法应用于永磁同步电机调速系统、伺服系统和同步传动系统的控制器设计中，以满足不同控制系统对电机动、静态性能的要求以及对调速性能或跟随性能的侧重。实验结果表明，采用先进控制方法的永磁同步电机具有较好的动态性能、抗扰动能力以及较强的鲁棒性能；与传统PID控制相比，系统的控制精度得到了明显提高。研究结果验证了先进控制方法应用于永磁同步电机性能优化的有效性和实用性。
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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随着家用空调的普及应用，空调已日渐成为耗能大户。我国经济建设多年来高速发展，正面临能源日益紧张的问题，由于空调节能尚有空间，因此人们普遍关注空调节能技术。在家用空调的各种节能技术中，直流压缩机变频驱动是发展的主流方向。从驱动方式上看，直流压缩机可以采用方波控制或矢量控制。与方波控制相比，矢量控制的空调直流压缩机具有噪声低、振动小、效率高等特点，更加符合节能和环保的发展方向。 本文主要研究了适用于空调压缩机负载的无转子位置传感器永磁同步电机矢量控制方法。首先从电机的基本方程入手，详细推导了永磁同步电机矢量控制的数学模型。详细分析了各种电流控制策略特点，提出了采用适合直流压缩机驱动的MTPA控制方式。 其次提出了具有凸极效应的压缩机永磁同步电机的一种简化模型，得到了适用于IPMSM的滑模观测器，解决了IPMSM在αβ坐标系中应用滑模观测器困难的问题。针对压缩机运行特点，采用全维状态观测器方法，实现IPMSM反电动势的观测，根据反电动势计算出电机转子位置和转速，实现了无传感器矢量控制。本文详细分析了全维状态观测器的极点配置方法，通过将四个极点配置在相同位置，简轻了计算量，也便于实现。 第三，由于反电动势估算法在电机低转速下不能正确估算转子位置，无法正常闭环起动，本文提出了一种简单的用于直流压缩机的起动方法，实现了压缩机的可靠起动。同时在深入分析电机等效模型的基础上，给出了一种简单的电机参数测量方法，通过简单测量和计算，得到系统实现无传感器永磁同步电机矢量控制所需的电感、电阻及反电动势系数等关键参数。 最后通过MATLAB/Simulimk7.1仿真软件对基于滑模观测器和基于全维观测器的永磁同步电机矢量控制方法进行了仿真验证，设计了以TMS320F2403数字信号处理器为控制核心的直流压缩机矢量控制实验平台，并进行了大量的实验验证。仿真及实验结果证明了本文理论分析和所提方法的正确性，并已应用于实际的直流压缩机矢量控制系统。
上传时间： 2013-06-13
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各类交流电源在产品开发过程中都需要进行长时间的带载测试，以检验其电气性能。传统使用电阻、电感和电容这类无源元件作为负载的测试方法存在参数调节不方便、发热量大、耗能等诸多缺点。为克服传统测试方法的不足，本文研究了一种带能量回馈功能的交流电子负载装置，采用交直交变换结构，由具有公共直流母线的两级电压型PWM整流器组成。通过控制前级PWM整流器的输入功率因数，在其输入端模拟不同阻抗特性的负载；后级PWM整流器工作在并网逆变状态，将被测试电源发出的电能回馈至电网进行循环利用。 交流电子负载属于一种测试设备，需要实现用户交互、通讯、监控等功能，因此采用了以DSP芯片为核心的数字控制方案。本文首先探讨了数字控制技术对变换器性能的影响，重点讨论了当数字脉宽调制器精度不足时会引起输出产生极限环振荡的问题。分析了极限环振荡产生的原因，并以BUCK、BOOST和BUCK-BOOST三种基本变换器的数字控制器设计为例，推导出了为避免极限环振荡，数字脉宽调制器应满足的最小精度要求。在MATLAB中建立了数字控制器的仿真模型，设计了一台数字控制BUCK变换器实验样机，仿真和实验结果验证了理论分析的正确性。 根据处理电能方式的不同，交流电子负载可分为能量消耗型和能量回馈型两大类。本文首先针对交流电源产品的功能性测试应用场合，提出了一种新的能量消耗型交流电子负载结构和相应的控制方法。然后重点介绍了能量回馈型交流电子负载的工作原理及其控制策略。分析了功率电路中主要元件参数的选取方法。其中，对工作在任意功率因数情况下的单相PWM整流器中交流滤波电感的取值作了重点讨论。在Saber软件中建立了系统的仿真模型，设计了一台以TMS320F2812 DSP芯片为控制核心的能量回馈型交流电子负载原理样机，仿真和实验结果验证了系统方案的可行性和正确性。最后针对交流电子负载的并网能量回馈功能，初步分析了一种基于正反馈思想的并网系统孤岛检测方法，并进行了仿真验证。
上传时间： 2013-07-29
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随着现代科技的迅速发展，逆变电源的应用越来越广泛。同时，各行各业对逆变电源的性能也提出了更高的要求。好的逆变电源输出波形要求不但具有高的稳态性能，还应有快的动态响应。单一的控制策略很难同时满足这两方面的要求。因此，各种控制策略取长补短、相互渗透，构成复合控制器，是一种趋势所在。 本文讨论了当今各种比较流行的数字控制策略的优缺点，重点分析了无差拍控制和重复控制这两种控制策略的控制原理，并对其控制算法做了适当改进。无差拍控制动态性能极佳，但其稳态性能不理想，尤其是在带非线性负载时输出电压波形的总谐波畸变较大；而重复控制恰恰相反，它有着很好的稳态性能，但由于周期延迟环节的存在，控制指令不是立即输出，而是滞后一个参考周期才输出，使其动态性能较差。本文采用单相全桥拓扑结构为逆变器主电路，建立了它的连续状态空间模型和离散状态空间模型，分析了它的开环输出特性，并分别阐述了改进的无差拍控制器和重复控制器参数的设计方法。 文章提出将改进的无差拍控制和重复控制这两种控制策略相结合，组成复合控制策略。利用MATLAB建立了控制系统的仿真模型，仿真实验结果证明该复合控制策略能使逆变电源获得理想的稳态和动态性能。最后介绍了以高性能数字信号处理器TMS320F2812为控制核心的逆变电源控制系统的软硬件设计。
上传时间： 2013-07-31
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