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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近年来，随着工农业的迅速发展，世界能源消耗速度急剧增加。因此，新能源和节能技术的开发已经成为世界各国科技工作者的当务之急。而机车制动能量回收系统是目前国内外节能技术方面研究的热点之一。 超级电容作为一种新型电荷储能元件，具有大容量、大电流快速充放电、寿命长和无污染等特性。这些独特的优点使其在储能和能量回收方面有着广阔的应用前景。但是由于超级电容单体电压的差异，如不对其进行实时检测，在使用过程中将对整个组件的性能造成极大的影响。另外对超级电容内部特性的不了解也会对其使用造成障碍。 对超级电容电压检测方案的研究和对超级电容时域模型的研究，将为超级电容的电压均衡方案和超级电容的电参数分析提供支持，从而为整个能量回收系统的控制策略提供理论依据。因此以上两方面的研究将是整篇论文的核心内容。 本文采用模块化的设计理念，提出了一种兼顾均压的新型电压检测方案。在软件设计方面，对电压检测系统的软件架构进行分析，利用LabVIEW和ZLGCAN驱动函数包设计了友好的上位机软件监控界面。本文利用误差理论相关知识，对超级电容电压检测电路的误差精度进行了详细分析。 本文对两种超级电容时域模型进行建模和参数推导，并通过试验验证了所建模型的正确性。
上传时间： 2013-05-16
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在传统的直线驱动场合，都是由旋转电机提供原动力，再由丝杠、丝杆、齿条等中间机构转换为直线运动。这样的设置，不仅在中间传动过程中消耗了大量的能量，而且摩擦产生的噪声也非常明显，同时也给系统的维护工作带来了麻烦。 直线电机的出现可以使上述问题得到解决，由于具备直接将电能转化为直线运动的能力，直线电机已经在机床驱动、集成电路组装等场合逐渐取代了传统的旋转电机的位置。 自19世纪中期直线电机的概念被首次提出以来，经过孕育、实验、开发和实用这四个阶段的发展，并借助于电力电子技术，以及日渐成熟的直线电机控制技术，直线电机已经广泛应用到了制造业、交通运输业等各个方面。 与旋转电机类似，按工作原理的不同，直线电机也有着各种类型，应用较多的是直线步进电机、直线同步电机和直线感应电机。其中直线步进电机更多的是应用在需要精确定位的场合，比如半导体工业；后两者则被应用在需要连续和大推力的场合，比如机床。而直线同步电机，尤其是永磁直线同步电机，凭借更大的单位面积推力、更高的效率等优点受到了更多的青睐，与此同时，由于没有了励磁绕组，电机的整个结构也得以简化。另一方面，我国丰富的稀土资源也为这种电机的发展提供了广泛空间。 作为一种较为新颖的电机，目前国内仍缺乏系统化的永磁直线同步电机设计方案，尤其是电枢绕组部分。常用的方法仍是基于传统的旋转电机，例如使用双层叠绕组方案。通过对实际电机的软件模拟，我们发现这样的设计思路的表现并不能令人满意，比如造成了动子线圈槽满率过大，电机设计难以形成系列化等缺点，而电机本身输出推力的波动也较大。 针对传统方案的一系列缺点，本文提出了一种新的永磁直线同步电机设计方案。该方案基于“单元电机”的概念，使用单层同心式线圈。当目标推力要求变化时，只需改变“单元电机”的数目和排列组合的方式，就可以达到改变的目的。而每个单元中的绕组连接方式则不需要改变，由此避免了繁琐而复杂的绕组设计，这就给电机的系列化设计带来了便捷。同时，单层绕组的使用也更方便嵌线，也更有利于降低铜耗，提高效率。 在完成单元电机设计任务的基础上，本文利用加拿大Infolytica公司出品的电磁场有限元分析软件MagNet对电机的运行进行了模拟，并得到了电机的额定输出推力曲线和反电动势曲线，输出推力曲线较之传统方案也更平稳。体现了该设计方案的优越性。
上传时间： 2013-06-29
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对供电系统进行适当的无功补偿，可以稳定电网电压，提高功率因数，提高设备利用率，减小网络有功功率损耗，提高输电能力，平衡三相功率，为系统提供电压支撑，提高系统运行安全性。钢铁企业一直就是用电大户，具有容量大、负荷冲击大、起制动频繁、快速性、工作连续性和自动化程度高等特点，存在功率因数低、电压波动等问题。研究钢铁企业的无功补偿，对企业提高供电可靠性，节能减排，降低损耗，提高用电设备效率，保证产品质量有着非常重要的意义。 本文选用目前工程上应用最为广泛的动态补偿装置静止无功功率补偿器，即SVC对钢铁企业负荷进行无功补偿。考察了轧钢企业的负荷特点，对比了各种补偿装置的优缺点，在此基础上提出了FC—TCR型SVC做为钢铁企业的无功补偿装置。 本文根据特定的现场参数，提出了FC—TCR型SVC装置的设计框架，建立了潮流计算和SVC装置的数学模型，给出了含有SVC补偿装置的电力系统潮流计算的计算方法，计算了SVC装置的FC和TCR各支路参数，对一次设备进行选型，最后提出了一套完整的SVC系统设计方案。仿真结果表明，采用本方案的SVC系统有效提高了供电系统的功率因数，抑制了电压波动，表明方案设计中的支路配置，参数设置和设备选型是合理的。 从基于瞬时无功功率理论的补偿装置触发角度的算法出发，研究了SVC装置动态补偿的实现方法。本文还提出了动态补偿SVC监控系统和晶闸管触发系统的硬件实现。 为了验证SVC系统设计的合理性，搭建了SVC的模拟试验平台，对一次系统，监控系统，光电触发系统进行了联合调试，调试结果达到了设计预期目标。
上传时间： 2013-06-23
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异步电动机变频调速系统的频率范围、动态响应、调速精度、低频转矩、工作效率等方面具有很大优点。随着电力电子技术和计算机技术的飞跃发展，以此为基础的交流电机变频调速技术也取得了长足的进步，基于SVPWM的异步电动机矢量控制系统作为现代交流传动控制的一个重要研究方向，逐渐成为研究的热点。 异步电动机调速系统是一个多变量、强耦合的非线性系统，虽然常规的PID控制算法简单、可靠性高，但对于异步电动机这样的非线性系统控制效果一般。模糊控制作为智能控制的一个重要的分支，由于不需要建立对象的精确数学模型，且具有良好的鲁棒性和非线性的控制特性，非常适用于异步电动机调速系统。本文以提高异步电动机的调速精度和改善电动机的使用效率为目标，基于SVPWM的控制原理，分别采用传统PID控制器和模糊PID控制器，应用在异步电动机的调速系统中。 本文首先介绍了异步电动机调速方法和逆变器的PWM控制方法。并阐述了矢量控制、坐标变换、空间电压矢量调制的基本原理，给出了异步电动机在不同坐标系下的数学模型，为设计异步电动机矢量控制系统奠定了基础。同时给出了传统PID控制器和模糊PID控制器模型。为验证控制效果，文中基于MATLAB/Simulink平台，建立了控制器的计算机仿真模型，给出了仿真结果，并对结果做了详细的分析。比较了传统PID控制和模糊PID控制的效果，由仿真结果可以看出采用模糊PID控制算法具有较大的优越性。 最后，以TI公司的DSP控制芯片TMS320F2812为控制核心，设计了异步电动机的控制系统，硬件系统主要包括主电路、功率驱动电路、电压、电流检测电路等电路。另外设计了控制软件，并给出了软件的流程图。通过实验测得的波形，验证了控制方法的正确性和有效性。
上传时间： 2013-05-17
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由于电动助力转向（EPS）系统具有高性能、高效率、低成本、节能环保等优点，随着汽车电子技术的发展，电动助力转向技术逐渐取代传统的液压助力转向（HPS），成为转向助力技术的主流。 @@ 本文在详细了解EPS系统性能要求和工作原理的基础上，对各种已有的EPS助力电机进行了总结和比较。对比结果表明，无刷直流电机（BLDC）凭借其显著的优点，成为EPS助力电机的较优选择。 @@ 无刷直流电机作为一种由电动机本体和驱动器组成的机电一体化产品，与传统的直流电机一样，具有良好的起动和调速性能，并且由于用电子换向取代了机械换向，不存在传统直流电机的换向火花和机械噪声，在许多性能要求比较高的场合已得到普遍应用。随着电力电子技术、计算机技术的发展，其应用范围还在进一步扩展。然而，BLDC电机作为EPS系统的助力电机也并非全无缺点。永磁电机中固有的齿槽转矩的存在，以及由于采用120°换向工作模式造成的转矩波动，都会严重影响EPS系统的操控性能。 @@ 本课题针对无刷直流电机在汽车电动助力转向系统中的应用，根据EPS系统对助力电机的要求，设计了一台转向助力用永磁无刷直流电动机，并使用有限元方法对电机性能进行了分析。为了反映参数变化对电机性能的影响，从而为电机的设计提供指导，我们还用场路耦合的解析算法对电机性能进行了分析。在分析结果的基础上，对永磁电机中的齿槽转矩进行了研究，并针对样机提出了齿槽转矩的削弱方法，然后使用三维有限元的方式对所提出的方法进行了仿真验证。 @@ 根据EPS系统的工作原理，探讨了助力电机的控制策略，并设计了带传感器的无刷直流电机的控制系统。分别完成控制系统硬件和软件的设计，并进行了相关实验，结果表明基本达到了设计的目标。 @@关键词：EPS、无刷直流电机、电机设计与优化、有限元、控制器设计
上传时间： 2013-07-29
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随着当今科学技术的迅猛发展，数字图像处理技术正在各个行业得到广泛的应用，而FPGA技术的不断成熟改变了通常采用并行计算机或数字信号处理器(DSP)、专用集成电路(ASIC)等作为嵌入式处理器的惯例。可编程逻辑器件(FPGA)凭借其较低的开发成本、较高的并行处理速度、较大的灵活性及其较短的开发周期等特点，在图像处理系统中有独特的优势。 本文提出了一种基于FPGA的图像采集处理系统解决方案，并选用低成本高性能的Altera公司的CycloneIII系列FPGA EP3C40F324为核心，设计开发了图像采集处理的软硬件综合系统。文章阐述了如何在FPGA中嵌入NiosII软核处理器并完成图像采集处理系统功能的设计方案。硬件电路上，系统设计了三块电路板：FPGA核心处理板、图像采集卡、图像显示卡，其中通过I2C总线对采集卡的工作模式进行配置，在采集模块控制下，将采集到的图像数据存储到SDRAM；根据VGA显示原理及其时序关系，设计了VGA显示输出控制模块，合成了VGA工作的控制信号，又根据VGA显示器的工业标准，合成VGA接口的水平和帧同步信号。逻辑硬件上，应用SOPCBuilder工具生成了FPGA内部的逻辑硬件功能模块，定制了NiosII IP core、CMOS图像采集模块、VGA Controller及其I2C总线接口，系统各模块间通过Avalon总线连接起来。软件部分，在NiosII内核处理器上实现了彩色图像颜色空间转换、二值化、形态学腐蚀处理及其目标定位等算法。实验结果证明了本文提出的方案及算法的正确性，可行性。
上传时间： 2013-08-05
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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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近年来，随着计算机技术、网络技术与无线通信技术的高速发展和广泛应用，无线传感器网络已成为国际上备受关注的前沿热点之一。无线传感器网络在军事应用、环境监测、医疗护理、空间探索等方面都显示了广阔的应用前景，被认为是21世纪最有发展前景的技术之一。 本文通过对无线传感器网络的发展现状、发展趋势以及水环境多参数监测特点的研究，提出了面向水环境多参数监测应用的无线传感器网络系统的解决方案，分析了系统设计的目标和功能，并指出了系统软硬件平台的设计要求与设计原则。依托2006年江苏省科技攻关项目“总线化智能多参数高精度检测与控制仪表”，设计了基于Silicon Laboratories的C8051F310处理器和CC2420射频芯片的硬件开发平台，详细地描述了硬件平台中各个功能模块的细节，并在此平台上实现和改进了SimpliciTI协议和IEEE802.15.4/Zigbee协议，最后对系统进行了测试。整个系统以无线传感器网络技术为核心，增强了系统的灵活性、可维护性和可扩展性，同时系统模块化、开放式的结构使系统具有良好的可移植性。 将无线传感器网络技术应用于水环境多参数监测，涉及到传感器技术、无线通信技术、计算机应用技术等多种技术。到目前为止，随着科学技术的不断进步，它还在不断地完善，前景尤为广阔。
上传时间： 2013-06-01
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随着计算机和微电子技术的飞速发展，基于数字信号处理的示波器、信号发生器、逻辑分析仪和频谱分析仪等测量仪器已经应用到各个领域并且发挥着重要作用，但这些仪器昂贵的价格阻碍了它们的普遍使用。 本文针对电子测量仪器技术发展和普及的情况，结合用FPGA实现数字信号处理的优势，研究一种基于FPGA的辅助性独立电予测量仪器的软件系统。这种仪器可以作为数模混合电路测试和验证的工具，用来观察模拟信号波形、数字信号时序波形、模拟信号的幅度频谱，也可以用来产生DDS信号。在硬件选择上，使用具有Altera公司CycloneⅡ器件的平台来实现单片DSP系统，这种芯片成本低廉、工作速度快、技术兼容性好；在软件设计上，采用基于FPGA的可编程数字逻辑设计方法，这种方法具有开发难度小、功能扩展简单等优点。设计中采用的关键技术包括：基于FPGA和IP Core的Verilog HDL设计、数据采集、数据存储、数据处理以及数据波形的实时显示。对这些技术的研究探讨不仅有理论研究价值，在科学实验和产品设计中同样具有重要的实用价值。系统的设计以低资源、高性能为目标，设计中采用了科学的模块划分、设计与集成的方法，在保持原四种信号处理功能不变的前提下，尽量多的节约各种FPGA资源，为实现低成本的辅助电子测量仪器提供了可能。
上传时间： 2013-06-05
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