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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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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高压变频调速技术节能效果显著，多电平逆变器是其常用的一种电路拓扑形式。三电平逆变器能降低功率器件耐压要求、降低谐波含量，普遍地采用电压空间矢量脉宽调制的控制策略。将DSP数字控制技术应用于三电平逆变器不仅简化了系统的硬件结构，提高系统性能，还可以实现系统的优化控制。 本文首先简要介绍了三电平逆变器的拓扑结构和控制策略，并阐述了二极管箝位式三电平逆变器电路结构和电压空间矢量脉宽调制控制策略的实现方法。在此基础上，通过对逆变器的工作过程分析，建立了逆变器的数学模型。并提出了一种能控制逆变器直流侧电容中点电位平衡并且能降低开关损耗的电压空间矢量脉宽调制方法。 本文在综述人工神经网络技术的基础上，提出一种基于复合人工神经网络的电压空间矢量脉宽调制算法，充分利用人工神经网络的快速并行处理能力、学习能力，缩短了计算时间，降低了由控制延时引起的谐波成分。最后在MATIAB/Simulink环境下，结合ANN工具箱建立了仿真模型。仿真结果证明了基于复合人工神经网络算法的可行性。 本文进行了三电平逆变器的主电路、开关器件驱动电路、电流电压检测电路和保护电路等的设计。根据三电平逆变器主电路功率开关多，驱动信号不能共地的特点，本文设计一种利用光耦隔离驱动功率开关器件的驱动保护电路，降低电磁干扰，并在过流等异常情况下实时保护功率开关器件。最后以TMS320LF2407DSP为数字控制平台，实现了三电平逆变器的电压空间矢量脉宽调制控制策略。
上传时间： 2013-07-07
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本文主要的研究为对转永磁无刷直流电动机控制问题，对转永磁无刷直流电动机在舰船、水下航行器等对转推进系统中有着广泛的应用前景。它具有无刷直流电动机的一切优点：功率密度大、调速性能好、运行效率高、结构简单、运行可靠、维护方便等等。其与普通的永磁无刷直流电动机的差别仅仅在于原来静止的电枢部分和旋转的永磁体部分都可以相对于静止部分旋转，即有两个转子，根据作用力与反作用力的原理，两个转子受到的电磁转矩在任意时刻都是大小相等、方向相反的。因此两个转子必将沿着相反的方向旋转。 论文主要工作和创新点如下： 1)介绍了对转永磁无刷直流电机与普通永磁无刷直流电机的区别、优点及应用，详细分析了其工作原理，并建立对转永磁无刷直流电机本体的数学模型，接着利用MATLAB/Simulink建立对转永磁无刷直流电机的仿真模型。 2)研究了无位置传感器对转永磁无刷直流电机的控制方法。采用基于DSP的三次谐波过零点检测方法来检测电机转子的位置与转速，采用数字锁相环对三次谐波过零点进行90°延迟： 3)控制系统采用双闭环控制，即速度环与电流环来组成调速控制系统，其中速度环采用了基于改进的BP神经网络PID自适应控制，电流环采用滞环控制，并对整个系统进行仿真。 4)在仿真研究的基础上，本文进行了以TMS320I~F2407A的DSP芯片为控制核心的无位置传感器对转永磁无刷直流电机数字控制系统的软硬件设计。
上传时间： 2013-04-24
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随着永磁同步电机在许多领域得到广泛应用，对永磁同步电机的研究成为一种必然的发展趋势，具有实际的意义和价值。本文采用TI公司专用于电机控制的TMS320F240型数字信号处理器作为核心，开发了全数字化的永磁同步电机矢量控制调速系统的软件，并在改进的清华电机控制试验平台上进行了带机试验，结果验证了系统设计方案的可行性。 本文首先深入的研究了永磁同步电机的矢量控制理论，建立了永磁同步电机数学模型，并在此基础上讨论了永磁同步电机的矢量控制调速方案；然后，以清华电机控制试验平台为基础介绍了控制系统硬件结构，其中主要论述了控制电路各部分及外围辅助电路的设计和调试。在硬件的基础上，软件采用汇编语言编程，实现了转速和电流双闭环矢量控制，并给出了系统主程序和PWM下溢中断处理程序流程图，永磁同步电机矢量控制的主要控制策略如转子相位的初始化、电流采样、速度位置采样、矢量坐标变换、sinθ、cosθ值生成、PI调节、空间电压矢量(SVPWM)模块等都是在PWM下溢中断服务子程序中完成的。为达到数值的统一，对软件中所采用的参数进行了定标。最后在基于硬件平台的基础上，对软件进行带机调试，试验表明电机能快速响应并跟踪给定转速，从而证明整个系统设计的正确性。 另外，本文还在MATLAB／SIMULINK的基础上，建立采用模糊神经网络控制器的永磁同步电机的仿真模型，仿真结果表明：该控制系统具有较好的位置响应和抗干扰能力强。 在论文的最后，对全文的工作做了总结。
上传时间： 2013-07-27
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无线传感器网络（Wireless Sensor Networks，WSN）是由大量传感器节点组成，这些节点部署在监测区域内通过无线通信方式，形成的一个多跳自组织的网络。整个网络的作用是协作地感知、采集和处理网络覆盖区域中监测对象的信息，并发送给观察者，可广泛应用于环境监测、医疗护理、军事、商业等多个领域。 媒体访问控制（Medium Access Control，MAC）协议处于无线传感器网络协议的物理层和路由层之间，用于在传感器节点间公平有效地共享通信媒介，对传感器网络的性能有较大影响。与传统无线网络不同，提高能量效率和可扩展性是无线传感器网络MAC协议设计的主要目标。 本文主要阐述基于FPGA对IEEE802．15．4 MAC层功能的实现。首先介绍了无线传感器网络的体系结构、MAC协议的设计要求以及已有的MAC层协议，讨论了无线传感器网络MAC层的主要要求和功能。然后详细介绍和分析了IEEE802．15．4的MAC协议，并在此基础上，通过NS2平台对MAC层协议进行了仿真，研究不同网络负荷下信道访问机制的各个参数对吞吐量，丢包率，传输延时的影响，分析了隐蔽站问题、确认帧机制。 本文对MAC层中的主要功能，诸如数据收发、帧处理、信道接入方式以及帧检验等提出了基于FPGA的硬件解决方法。设计选用硬件描述语言VerilogHDL，在QuartusⅡ中完成模块的综合和布局布线，在QuartusⅡ和Modelsim中进行时序仿真验证，最终下载到自主设计Altera公司的Cyclone开发板中。 对设计的验证采取的是由里及外的方式，先对系统主模块的功能进行验证，然后下载到与CC2430开发板相连接的FPGA中对设计进行验证测试。验证流程是功能仿真、时序仿真和板级调试，最终通过测试，验证了该设计的功能。测试结果表明，该模块能满足无线传感器网络低速率应用环境的需要，具有优良的扩展性能，达到了预期的设计目标。
上传时间： 2013-06-14
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随着科学技术的发展与公共安全保障需求的提高，视频监控系统在工业生产、日常生活、警备与军事方面的应用越来越广泛。采用基于 FPGA 的SOPC技术、H．264压缩编码技术和网络传输控制技术实现网络视频监控系统，在稳定性、功能、成本与扩展性等方面都有着突出的优势，具有重要的学术意义与实用意义， 本课题所设计的网络视频监控系统由以Nios Ⅱ为核心的嵌入式图像服务器、相关网络设备与若干PC机客户端组成。嵌入式图像服务器实时采集图像，采用H．264 编码算法进行压缩，并持续监听网络。PC机客户端可通过网络对服务器进行远程访问，接收编码数据，使用H．264解码算法重建图像并实时显示，使监控人员有效地掌握现场情况， 在嵌入式图像服务器设计阶段，本文首先进行了芯片选型与开发平台选择。然后构建图像采集子系统，采用双缓存乒乓交换的方法设计图像采集用户自定义模块。接着设计双Nios Ⅱ架构的SOPC系统，阐述了双软核设计中定制连接、内存芯片共享、数据搬移、通信与互斥的解决方法。同时完成了网络服务器的设计，采用μC/OS-Ⅱ进行多任务的管理与调度， H．264视频压缩编解码算法设计与实现是本文的重点。文中首先分析H．264．标准，规划编解码器结构。接着设计了16×16帧内预测算法，并设计宏块扫描方式，采用两次判决策略进行预测模式选择。然后设计4×4子块扫描方式，编写整数变换与量化算法程序。熵编码采用Exp-Golomb编码与CAVLC相结合的方案，针对除拖尾系数之外的非零系数值编码子算法，实现了一种基于表示范围判别的编码方法。最后设计了网络传输的码流组成格式，并针对编码算法设计相应解码算法。使用VC++完成算法验证，并进行测试，观察不同参数下压缩率与失真度的变化。 算法验证完成后，本文进行了PC机客户端设计，使其具有远程访问、H．264解码与实时显示的功能。同时将H．264 编码算法程序移植到NiosⅡ中，并将嵌入式图像服务器与若干客户端接入网络进行联合调试，构建完整的网络视频监控系统， 实验结果表明，本系统视频压缩率高，监控图像质量良好，充分证明了系统软硬件与图像编解码算法设计成功。本系统具有成本低、扩展性好及适用范围广等优点，发展前景十分广阔。
上传时间： 2013-04-24
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高速公路隧道属于特殊路段，隧道洞内外环境差别非常大，需要在隧道内设置电光照明，以消除司机的“暗适应"与“明适应’’视觉问题，保证隧道行车安全。而当前的大部分高速公路隧道照明控制系统简单，照明光源舒适度不高，未根据洞外环境亮度，综合车速车流量及洞内烟雾浓度等因素，实时调节隧道洞内照明亮度，存在盲目加大隧道照明的亮度的问题，给行车安全带来隐患，造成能源浪费，不符合设计规范和国家节能的政策要求。 本文介绍了当前隧道照明的发展及照明灯具智能控制的研究状况，针对当前隧道照明的控制系统存在的问题，给出了基于ZigBee的隧道照明无线控制系统的 架构；分析比较了当前各种隧道照明光源的特点，针对当前普遍采用的高压钠灯照明和新兴的LED灯照明做了详细的经济效益对比，根据系统使用寿命周期内的性价比，选择大功率LED作为隧道照明灯具；在分析ZigBee协议及组网流程的基础上，设计了基于ZigBee技术的簇树型隧道照明无线测控网络，系统采用CC2430无线模块作为网络节点的硬件解决方案，对网络中的协调器、路由器及终端节点的组网及其数据处理流程进行了详细设计；设计了利用ZigBee技术作为控制命令和数据传输的可调光LED灯具，满足所提出的控制系统对灯具的要求：针对隧道照明控制参数及灯具光效难以建立精确数学模型的特点，系统采用基于专家经验的隧道照明的模糊控制算法，设计了隧道照明控制程序，并嵌入到利用WinCC设计的隧道照明的控制系统中。论文最后对所设计的系统进行了测试，验证了系统的可行性。
上传时间： 2013-04-24
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双足机器人是一个多自由度、多变量、非线性的复杂动力学系统。其控制平台的研究往往涉及嵌入式技术、传感器技术、步态规划、路径导航、人工智能、自动化控制等多种理论与技术，体现了信息科学和人工智能技术的最新成果，应用领域广大，具有重要的研究价值。其中，双足机器人导航控制系统是双足机器人控制平台研究中的重点和难点，将在自动驾驶、未知区域的探索、危险环境作业、核电站的维护等领域中发挥极大的作用。 本文以双足机器人导航控制系统的设计为研究背景，结合嵌入式系统开发的关键技术，主要论述了两个核心内容：一是双足机器人导航决策系统的设计。该系统是基于一种新式的ARM&DSP主从控制模式下的设计。该设计借助内外传感器系统的反馈，通过对多传感器信息的融合与处理，在导航决策算法的作用下，实现双足机器人在未知环境下平滑的自主导航。二是为增强双足机器人导航的人机交互性和控制系统对突发事件的处理能力，在基于MiniGUI的系统平台上设计了双足机器人的导航控制系统界面。论文的主要内容包括： 首先，设计了双足机器人的本体模型，并对双足机器人的步态规划做了理论研究，为步态控制获得理论上的支持。 然后，就双足机器人导航控制平台的搭建做了详细的介绍，并着重对主从控制器间通讯的CAN接口做了详细的设计。 接着，从两个层面设计了导航决策系统，一是根据内部传感器得到的关节信息，比对决策层中的步态规划算法，对关节的运动进行实时的补偿和调整，实现各关节动作的协调，得到标准的步态，保证每一步的稳定和准确。二是对外部传感器获得的外界环境信息进行处理，构建出供决策层使用的外部环境模型，之后在基于模糊神经网络的导航算法的指引下，实现双足机器人对外界环境做出合理、平滑的响应。 最后，介绍了导航控制界面的设计与实现。重点介绍了MiniGUI开发平台的搭建、基于MiniGUI的界面程序的设计以及程序在开发板上的移植，实现了控制界面在双足机器人导航上的应用。
上传时间： 2013-04-24
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随着计算机、通信、电子技术的进步，嵌入式系统和以太网技术的融合将成为嵌入式技术未来的重要发展方向。基于ARM的嵌入式系统由于具有低功耗、高性能、低成本、可以进行多任务操作等优点，在控制领域得到了越来越广泛的应用。 本选题来自中山大学与北京航天五院合作研制的流体网络系统地面原理样机控制器设计项目。论文研究的主要目的是利用基于ARM920T内核的嵌入式微处理器AT91RM9200融合多传感器设计一种可以在地面实验室环境中可靠运行的数据采集与温度控制系统。 本文从嵌入式测控系统的硬件实现和软件设计两方面进行分析。在硬件设计上，主控制板以Atmel公司生产的AT91RM9200 CPU为核心，主要包括串口模块、存储模块、以太网接口模块、基于SPI串行接口设计的数据采集模块（A/D）、基于I2C接口设计的PID控制信号输出模块（D/A）和采用PIO接口设计的开关控制输出模块等电路，其中后三个模块承担了流体网络回路的传感器数据采集，关键点的温度控制和多路电磁阀的开关控制等任务，后文将重点介绍。在软件设计方面，主要分两个方面进行讨论，分别为主控制器上基于嵌入式Linux系统的软件和上位机采用Visual C++编写的监控软件。主控制器软件采用多线程进行设计，包括主线程、服务器子线程和数据采集子线程，三个线程同时运行，提高了系统的运行效率。上位机和主控制器通过接入以太网中，然后由服务器线程和上位机客户端利用socket套接字实现通信。同时上位机软件也提供形象美观的图形用户界面，配合主控制器实现特定的温度、流量和压力监控。 本论文设计的嵌入式测控系统充分利用了AT91RM9200内嵌的的强大功能模块，包括SPI接口模块和I2C接口模块等，可广泛应用于控制领域。对该系统的一些研究成果和设计方法具有一定的先进性和良好的实用性，具有良好的应用前景。
上传时间： 2013-06-30
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