能源和环境的双重压力、电子技术与控制理论的飞速发展使得柴油机控制能够采用电子控制技术，并成为柴油机控制的研究热点。本文针对我国内燃机车牵引用的柴油机(12V240ZJ6E)，主要研究其电控单体泵的电子控制技术。实现了电控单体泵在实验台上的电子控制，为最终降低内燃机车柴油机在轻载工况下的燃油消耗率并改善其排放打下基础。在以下三方面展开研究工作： 首先，根据柴油机的燃油喷射原理，深入研究高压燃油在泵-管-嘴系统中的传递规律，分析燃油喷射系统的各种电子控制方式，结合我国内燃机车柴油机改造的现状并参考国内外应用实例，确定采用“电控单体泵系统”方案。针对性地分析电控单体泵的特性，总结出电控单体泵的控制规律。 其次，设计电控单体泵的高速大流量电磁阀驱动模块，其性能直接影响电磁阀的响应特性。通过计算和试验对比的方法获得不同驱动电压、不同续流回路情况时的动态响应，找出最优电路参数和控制参数。用于多缸柴油机的驱动模块可以修正各单体泵喷油特性的差异。 第三，设计凸轮轴转速的测量模块。采集安装于凸轮轴上的测速齿轮的脉冲信号，计算凸轮轴的瞬时转速和相位，并对瞬时转速进行预测，为查找脉谱表以确定喷油定时和喷油量奠定基础。凸轮轴转速的预测方法为“相邻区间+自适应参数修正”。 最后，设计控制电路，以数字信号处理器为主控芯片。在数字信号处理器中完成柴油机的转速测量和电磁阀驱动脉冲生成。由于内燃机车上的电磁环境比较恶劣，采用了抗干扰措施。 通过上述工作，掌握了电控单体泵系统的基本特性，完成了电子控制单元主要电路的设计，并实现凸轮轴的测速和电磁阀的控制。电子控制单元在电控单体泵试验台上进行了试验。结果表明，测速准确、电磁阀驱动及其控制方式合理，为后续工作打下良好的基础。
上传时间： 2013-04-24
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电子式互感器与传统电磁式互感器相比，在带宽、绝缘和成本等方面具有优势，因而代表了高电压等级电力系统中电流和电压测量的一种极具吸引力的发展方向。随着信息技术的发展和电力市场中竞争机制的形成，电子式互感器成为人们研究的热点；越来越多的新技术被引入到电子式互感器设计中，以提高其工作可靠性，降低运行总成本，减小对生态环境的压力。本文围绕电子式互感器实用化中的关键技术而展开理论与实验研究，具体包括新型传感器、双传感器的数据融合算法、数字接口、组合式电源、低功耗技术和自监测功能的实现等。 目前电子式电流互感器(ECT)大多数采用单传感器开环结构，对每个环节的精度和可靠性的要求都很高，严重制约了ECT整体性能的提高，影响其实用化。本文介绍了新型传感器～铁心线圈式低功率电流传感器(LPET)和印刷电路板(PCB)空心线圈及其数字积分器，在此基础上设计了一种基于LPCT和PCB空心线圈的组合结构的新型电流传感器。该结构具有并联的特点，结合了这两种互感器的优点，采用数据融合算法来处理两路信号，实现高精度测量和提高系统可靠性，并探索出辨别LPET饱和的新方法。试验和仿真结果表明，这种新型电流传感器可以覆盖较大的电流测量范围，达到IEC 60044-8标准中关于测量(幅值误差)、保护(复合误差)和暂态响应(峰值)的准确度要求，能够作为多用途电流传感器使用。 在电子式电压互感器方面，基于精密电阻分压器的新型传感器在原理、结构和输出信号等方面与传统的电压互感器有很大不同，本文设计了一种可替代10kV电磁式电压互感器的精密电阻分压器。通过试验研究与计算分析，得出其性能主要受电阻特性和杂散电容的影响，并给出了减小其误差的方法。测试结果表明，设计的10kV精密电阻分压器的准确度满足IEC 60044-7标准要求，可达0.2级。 电子式互感器的关键技术之一是内部的数字化以及其标准化接口，本文以10kV组合型电子式互感器为对象设计了一种实用化的数字系统。以精密电阻分压器作为电压传感器，电流传感器则采用基于数据融合算法的LPCT和PCB空心线圈的组合结构。本文首先解决了互感器间的同步与传感器间的内部同步问题，进而依照IEC61850-9-1标准，实现了组合型电子式互感器的100M以太网接口。 电子式电流互感器在高电压等级的应用研究中，ECT高压侧的电源问题是关键技术之一。论文首先分析了两种电源方案：取电CT电源和激光电源。取电CT电源通过一个特制的电流互感器(取电CT)，直接从高压侧母线电流中获取电能。在取电CT和整流桥之间设计一个串联电感，大大降低了施加在整流桥上的的感应电压并限制了取电CT的输出电流，起到了稳定电压和保护后续电路的作用。激光电源方案以先进的光电转换器、半导体激光二极管和光纤为基础，单独一根上行光纤同时完成供能和控制信号的传输，在不影响光供能稳定性的情况下，数据通信完成在短暂的供能间隔中。在高电位端控制信号通过在能量变换电路中增加一个比较器电路被提取出来。本文还提出了一种将两种供能方式结合使用的组合电源，并设计了这两种电源之间的切换方法，解决了取电CT电源的死区问题，延长了激光器的使用寿命。作为综合应用实例，设计并完成了以LPCT为传感器、由组合电源供能、采用低功耗技术的高压电子式电流互感器。互感器高压侧的一次转换器能够提供两路传感器数据通道，并且具有温度补偿和采集通道的自校正功能，在更宽温度、更大电流范围内保证了极高的测量精度：互感器低电位端的二次转换器具有数字和模拟接口，可以接收数据并发送命令来控制一次转换器，包括同步和校正命令在内的数据信号可以通过同一根供能光纤传送到一次转换器。该互感器具有在线监测功能，这种预防性维护和自检测功能够提示维护或提出警告，提高了可靠性。系统测试表明：具有低功耗光纤发射驱动电路的一次转换器平均功耗在40mw以下：上行光纤中通信波特率可以达到200kb/s，下行光纤中更是高达2Mb/s；系统准确度同时满足IEC6044-8标准对0.2S级测量和5TPE级保护电子式互感器的要求。
上传时间： 2013-06-09
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电力电子系统的集成化是现今电力电子技术发展的趋势，系统的模块化和标准化技术是目前电力电子领域的重要研究方向。研究基于电力电子网络的变流系统，对复杂电力电子装置的系统级集成具有重要意义，是电力电子系统集成技术的基本组成部分。本文从变流系统的功率流和信息流双重分布性的角度出发。对电力电子系统网络（Power Electronics System Network，PES—Net）的模型和变流系统的通信需求进行分析，提出实时电力电子系统网络（Real—time power electronics system network，RT—PES—Net）；并对基于新网络的分布式控制及管理方案和模块化软件方案等内容进行系统的研究，提出基于栈操作的实时软件构建方案。本文的研究将为变流系统的控制结构和软件方案标准化提供参考和理论依据，为应用系统的集成提供解决方案。 复杂中大功率变流系统是网络化分布式控制系统的应用对象。首先，论文以复杂系统为研究对象，分析了应用系统的功率流和信息流在空间结构上的对偶关系和双重分布的特性；在电力电子集成模块（Power Electronics Building Blocks，PEBB）的基础上，研究了变流系统的网络化分布式控制方案，并得出系统组构的初步构想，总结出适合复杂电力电子系统集成的标准化理论。 接着，论文对电力电子网络模型进行了研究。分析了现有各类总线网络和目前用于电力电子应用系统的网络，从结构、速率和协议等各个方面将两类网络进行了系统的对比。明确了电力电子系统网络（PES—Net）的定义，分析并总结复杂电力电子实时系统所需网络必需具备的条件。根据现有网络技术背景，综合控制结构和网络需求，提出了电力电子系统网络（PES—Net）的模型。 为满足变流系统的实时控制，论文对分布式控制结构的通信需求进行了研究。以网络控制系统（Networked Control System，NCS）为背景，对变流器系统控制信息延时因素进行了分析；通过对典型电力电予系统的分析，归纳和总结了系统的控制功能和控制内容，对系统不同层次的控制任务进行了响应时间需求分析和网络的分层配置；通过对仿真结果的分析，研究了应用系统内模块控制信息延时对不同应用系统的性能影响和对开关频率的限制。根据变流系统对控制延时的接受程度，将电力电子复杂系统归为两大类：1）零延时系统；2）定延时系统。针对上述两类系统，论文给出了电力电子网络（PES—Net）的通道容量和应用系统开关周期的计算方法。 论文对开放式、分布式的电力电子系统网络（PES—Net）的硬件组成和同步方案进行了研究，提出新的实时网络和系统级集成方案。根据主节点和从节点的控制任务需求，分别从功能和系统结构的角度对开放式网络的硬件构成进行研究；根据控制系统的接口需求分析，对节点的通用性设计进行重点讨论。针对网络的同步问题，本文分析了简单有效的解决方法，即基于数据结构的同步补偿方案；此外，论文提出基于实时高速电力电子系统同络（RT-PES-Net）的同步方案，研究适合变流器实时控制的网络结构和相应的硬件配置。根据应用控制和通信系统所需的各种操作，论文对实时网络的管理进行了讨论，研究了信息帧管理和相应的硬件设置，并对各种工作模式下所需的通信时间进行了计算和比较。基于实时网络系统及其管理方案，论文给出了组构以PEBB为基础的变流系统的方案。 论文对基于RT-PES-Net的模块化软件方案进行了研究。首先，将控制软件与功率硬件进行解耦，使得软件设计与硬件部分分离。在分析电力电子软件特性的前提下，论文提出基于栈操作的模块化软件方案，增加子程序实时构件的内聚性；对软件模块化的通用性进行研究，分析模块接口参数和变量的申明和配置，并研究参数的定标，对构件进行分类；分析子程序实时构件在执行速度上的优点。论文对电力电子系统控制软件（Powerr Electronics System Control Software，PES-CS）的组构和集成进行研究，简化软件主框架。 最后，论文分别对RT-PES-Net和模块化软件方案进行了相应的实验研究和分析。论文对提出的实时电力电子系统网络（RT-PES-Net）进行了通信实验，将新网络拓扑对变流系统的延时影响与旧网络系统的延时影响进行比较，总结新网络系统在控制实时性、提高开关频率、网络可扩展性和管理灵活度等方面的优势。论文针对RT-PES-Net进行应用研究，验证该网络可解决网络通信失步所造成的问题。论文对基于通用型实时构件和栈操作的模块化软件方案进行实验验证，为标准化软件库的建立和系统级集成提供参考方案。 网络化的控制结构研究是复杂电力电子系统级集成研究的关键。本课题针对复杂变流系统提出了实时电力电子系统网络（RT-PES-Net），并以该网络为基础对分布式控制结构及相应的网络化管理方案和模块化软件方案展开一系列研究，为电力电子控制系统提供标准化、开放式的网络参考体系，并以此结构来快速构建终端复杂变流系统，为实现标准的应用系统组构提供参考方案，有助于解决电力电子标准化推广所面临的难题。论文为应用系统的即插即用和动态重构提供了研究基础，从而为最终实现复杂变流器的应用系统级集成提供系统化的理论和方法依据。同时，论文的研究开拓了电力电子系统集成和标准化研究的一个新方向。
上传时间： 2013-06-15
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在能源枯竭环境污染日益严重的今天，光伏发电结合其自身的特点，日益得到各国的重视并将成为各国竞向发展的热点。而光伏并网发电又是光伏利用中的发展趋势，基于此，本文对单相并网发电系统进行了研究，并设计了一台1.5KW的单相光伏并网装置。在对主电路拓扑、MPPT、防孤岛效应、逆变并网控制方法详细分析的基础上，选用了一种双重BOOST前级电压匹配、后级全桥逆变的非隔离型的主电路拓扑结构，这种结构具有前级DC/DC变换控制简单、中间直流母线电压波动小、效率高、体积小等优点。MPPT采用后级实现方式；防孤岛效应采用有被动和主动两种方式；逆变并网控制是光伏并网发电系统中最为重要的环节，其功能作用是把前级的直流电转化为与电网电压同频同相的交流电与电网并联，并使其输出电流为单位功率因数、总谐波畸变率小于5％，本文对各种逆变并网控制策略分析比较的基础上，采用了带有电网电压前馈补偿的瞬时电流控制方式来实现。系统整体以UC3875和TMS320LF2812为控制核心，前级有UC3875进行双环控制直流母线电压，后级最大功率跟踪、防孤岛效应、逆变并网、并联通讯及故障保护有TMS320LF2812来实现。本文总体工作包括详细的理论分析、主电路设计、软件及硬件电路的设计、调试及实验波形分析等。
上传时间： 2013-04-24
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贵州电解铝厂供电四车间厂房内变压器、整流柜、电容等设备种类繁多,同系列设备安放距离跨度较大.这些电力电子器件长期运行导致系统内部某些连接点绝缘介质老化,甚至脱落.这种现象单凭肉眼很难观察,该厂对此问题的解决方法为:技术工人携带小型红外探测仪定期采集上述器件的某些连接点,从红外图像数据得出温度数据以此判断器件工作是否处于良好状态.由于人为因素,工人不一定能全部获取所有连接点数据.可见,此方法费时费力,还存在隐患. 针对现行探测方法存在的弊端,依托"中铝贵州分公司电解铝厂整流所安全运行监控系统开发"项目,利用一台直线行走的智能小车停靠在已选择的定位点处监测车间的电器设备,因此这就涉及到了监控小车的精准定位问题.本文以卞位机智能监控小车为研究对象,采用模糊PID控制技术对PLC发出的脉冲频率进行自动调节,依据脉冲频率误差E和误差变化率EC的变化对PID控制的参数进行自整定,实现对小车速度的模糊控制,从而实现了小车的精准定位,为上位机的监控工作做好了准备. 论文第一章介绍了电解铝厂供电车间的供电情况,分析了小车定位精准的重要性,介绍了本文的研究内容.第二章对小车主要结构的硬件设计作了介绍.第三章论述了小车的运动控制,从分析步进电机的矩频特性和数学模型入手,介绍了小车的启停控制和运动中的测速.第四章论述了小车的精准定位方法,介绍了模糊PID控制器设计,重点介绍了模糊PID控制算法的程序设计.第五章列举了实际运行调试中出现的几种问题,介绍了相应的控制方法加以克服.第六章对论文进行了总结.
上传时间： 2013-04-24
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当前社会的发展与能源、环保等问题的日益突出。混合动力电动汽车以其低排放，噪声小，节能等优点越来越受到世界各国的重视。为了改善电动汽车的动力性和能量利用率，动力蓄电池的电压越来越高，需要配备专门的系统来管理高压系统的安全。 根据混合动力结构特点和高压电路特性，在分析及其常用蓄电池工作原理及运行原理使用条件的基础上，本课题以MH-Ni电池作为研究对象，分析了MH-Ni电池的工作原理、电池的电压、电流和温度特性，提出电动车电池组高压控制的方法，能够实现监测电动汽车高压电系统的绝缘状态及检测高压的工作情况。 本课题主要完成以下几点工作内容：对电池进行预充电，检测其外部是否漏电；检测电池内部是否绝缘；对电池进行故障检测。通过对外部负载进行预充电，防止电池外部电路漏电或短路，减少电池箱故障，延长电池模块的使用寿命；通过对电池箱内部绝缘状态检测，防止电池因绝缘电阻低下而影响系统工作，发生不安全事故；通过诊断系统能实现电池故障和隐患的早期预报，从而能有效地增加电动车电池组的续驶里程及无故障工作时间、馒维护工作量降到最低。 基于选定的电动车电池管理系统(BMS)，针对外部负载进行预充电和电池箱内部绝缘状态检测，本文研究和提出安全条件的判定规则，实现电动车电池管理系统(BMS)中安全保障功能。仿真实验表明，本文设计的高压电安全测试系统，可以实现对电动汽车电池高压系统的安全实施管理。
上传时间： 2013-06-22
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由于绝缘栅双极晶体管IGBT具有工作频率高、处理功率大和驱动简单等诸多优点,在电力电子设备、尤其是中大型功率的电力电子设备中的应用越来越广泛。但是,IGBT失效引发的设备故障往往会对生产带来巨大影响和损失,因此,对IGBT的失效研究具有十分重要的应用意义。 本文在深入分析IGBT器件工作原理和工作特性的基础上,采用双极传输理论联立求解电子和空穴的传输方程,得到了稳态时电子和空穴电流的表达式,对造成IGBT失效的各种因素进行了详细分析。应用MATLAB软件,对硅参数的热导率、载流子浓度、载流子寿命、电子迁移率、空穴迁移率和双极扩散系数等进行了仿真,深入研究了IGBT的失效因素,得到了IGBT失效的主要原因是发生擎住效应以及泄漏电流导致IGBT延缓失效的有用结论。并且,进行了IGBT动态模型的设计和仿真,对IGBT在短路情况下的失效机理进行了深入研究。 考虑到实际设备中的IGBT在使用中经常会发生反复过流这一问题,通过搭建试验电路,着重对反复过流对IGBT可能带来的影响进行了试验研究,探讨了IGBT因反复过流导致的累积失效的变化规律。本文研究结果对于正确判断IGBT失效以及失效程度、进而正确判断和预测设备的可能故障,具有一定的应用参考价值。
上传时间： 2013-08-04
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本文主要研究变速风力发电系统最大功率点的跟踪问题，以使风力机在处于额定风速以下时能够实现最大风能捕获。风力发电系统所采用的功率变流器和最大功率点的跟踪控制策略提供了基本的研究平台，以完成本课题的研究。 为了将风能输送给电网，变速风力机要有变流器将发电机发出的电压和频率都不断改变的电能转换成恒频恒压的电能，再传输给电网。本文采用了变速风力机，永磁发电机，三相AC-DC-DC-AC变流器，变压器等构建了变速风力发电系统。AC-DC-DC-AC变流器用于将永磁发电机发出的电压和频率都不断改变的电能传输给电网。鉴于DC-DC直流环节在能量传输中的重要性，本文专门研究了单重Sepic变换器和双重Sepic变换器在变速风力发电系统中所起的作用。 一个先进的变速风力发电系统的最大功率点跟踪控制策略要对所控制的风力机起到良好的控制效果，不仅与风电系统所采用的变流器的拓扑结构有关，也与自身的控制方式有关。本文在对常用的几种最大功率点的跟踪控制策略分析研究的基础上提出了以风力机的输出功率和系统储能的变化率以及风力机转速等相关数据来确定风力机的实际工作点的最大功率点跟踪控制策略，该策略的实施不依赖于风力机自身的特性，不需要测量风速等。 由于对变速风力机的建模和仿真是理解和验证风力发电系统特性和最大功率点跟踪控制策略的可行性的重要手段。因此本文在Matlab软件的Simulink环境下对所研究的变速风力发电系统作了建模和仿真。仿真结果充分证明了本文所提出的变速风力发电系统最大功率点跟踪控制策略的正确性和可行性。
上传时间： 2013-04-24
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近年来微光、红外、X光图像传感器在军事、科研、工农业生产、医疗卫生等领域的应用越来越为广泛，但由于这些成像器件自身的物理缺陷，视觉效果很不理想，往往需要对图像进行适当的处理，以得到适合人眼观察或机器识别的图像。因此，市场急需大量高效的实时图像处理器能够在传感器后端对这类图像进行处理。而FPGA的出现，恰恰解决了这个问题。 近十年来，随着FPGA(现场可编程门阵列)技术的突飞猛进，FPGA也逐渐进入数字信号处理领域，尤其在实时图像处理方面。Xilinx的研究表明，在2000年主要用于DSP应用的FPGA的发货量，增长了50％；而常规的DSP大约增长了40％。由于FPGA可无比拟的并行处理能力，使得FPGA在图像处理领域的应用持续上升，国内外，越来越多的实时图像处理应用都转向了FPGA平台。与PDSP相比，FPGA将在未来统治更多前端(如传感器)应用，而PDSP将会侧重于复杂算法的应用领域。可以说，FPGA是数字信号处理的一次重大变革。 算法是图像处理应用的灵魂，是硬件得以发挥其强大功能的根本。”共轭变换”图像处理方法是一种新型的图像处理算法，由郑智捷博士上个世纪90年代初提出。这种算法使用基元形状(meta-shape)技术，而这种技术的特征正好具备几何与拓扑的双重特性，使得大量不同的基于形态的灰度图像处理滤波器可用这种方法实现。该种算法在空域进行图像处理，无需进行大量复杂的算术运算，算法简单、快速、高效，易于硬件实现。通过十多年来的实验与实践证明，在微光图像，红外图像，X光图像处理领域，”共轭变换”图像处理方法确实有其独特的优异性能。本篇论文就针对”共轭变换”图像处理方法在微光图像处理领域的应用，就如何在FPGA上实现”共轭变换”图像处理方法展开研究。首先在Matlab环境下，对常用的图像增强算法和”共轭变换”图像处理方法进行了比较，并且在设计制作“FPGA视频处理开发平台”的基础上，用VHDL实现了”共轭变换”图像处理方法的基本内核并进行了算法的硬件实现与效果验证。此外，本文还详细地讨论了视频流的采集及其编码解码问题以及I2C总线的FPGA实现。
上传时间： 2013-04-24
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电力变压器性能的好坏直接影响着电力系统的安全稳定运行。变压器绕组温度是变压器安全、经济运行以及使用寿命的决定性因素，已经成为变压器状态监测中健康隐患和故障发展的重要表现形式。通过对变压器绕组温度进行实时监测并判断其健康状况，以此来进行变压器的负荷调整和预知性维修，避免因绕组过热导致的变压器故障，可以提高变压器安全、经济运行水平，为电网安全运行带来重要保证。 传统的检测电力变压器温度的方法主要有红外温度检测、热电阻、热电偶温度检测等。红外测温为非接触测量，它只能测量变压器的表面温度，易受环境温度及周围磁场的干扰，且需人工操作，无法实现在线测量。对于热电阻、热电偶等测量法，在高频交变场中，导线会拾取噪声并由于涡流效应而发热。电导线的热导还会导致被测温度的扰动，测量效果不很理想。光纤光栅传感技术以其体积小、电绝缘、抗电磁干扰、易复用、传感信号可远距离传输、便于实现实时在线测量等优点，为电力变压器温度的测量提供了很好的技术手段。 本文在对国内外光纤光栅传感技术及其解调方案进行深入分析的基础上，设计了光纤布拉格光栅传感信号解调所需的硬件和软件，并进行了实验研究。论文涉及的主要工作有： 介绍了光纤的基本结构、布拉格光栅的工作机理及其制作方法，分析了光纤布拉格光栅作为传感元件时的基本参数，推导了光纤布拉格光栅的温度传感模型；详细介绍了目前常用的布拉格光纤光栅解调技术。 重点分析了监测系统的硬件电路设计及其原理，主要有微控制器相关电路的设计、光电转换电路、前置放大及滤波电路、AD转换电路、以太网通讯电路及液晶显示电路等。在硬件平台的基础上设计并测试了相关模块的驱动，实现温度的实时采集和发送。主要工作包括uC/OS—Ⅱ在LPC2148上的移植，利用LwIP实现以太网通讯等。 最后，搭建了系统光路，对监测系统进行了测试，得到了有益的数据，为下一步工作打下了良好的基础。
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