摘要：建立了数字控制DC/DC开关电源闭环系统的s域小信号模型，采用数字重设计法针对给定的系统季数设计了数字补偿器。应用SISO Design Tool仿真平台，在伯德图分析和根轨连法的基础上设计了连续城的模拟补偿器，并进行了离散化处理。在建立系统s城模型时引入了模数转换器和数字脉宽调制发生器产生的延迟效应，使补偿器的设计考虑了采样速率对系统的影响，改善了传统离散设计的误盖。基于教字重设计法构建的数字补偿器实现了对脉宽调制信号的可编程精确控制，保证了变换器闭环工作良好的动态特性。仿真实验结果验证了所设计的数字补偿器的性能。关键词：数字控制系统；模数转换；数字重设计法；数字补偿器；数字脉宽调制1引言传统的开关电源采用模拟控制技术，使用比较器、误差放大器和模拟电源管理芯片等元器件来调整电源输出电压，存在着控制电路复杂、元器件数量多以及控制电路成型后很难修改等缺点，不利于开关电源的集成化和小型化。近年来随着微电子学的迅速发展，电源的控制也已经由模拟控制、模数混合控制，进入到数字控制阶段”，具有可编程性、设计可延续性、元件数量减少、先进的校正能力等优点。以往由于DSP等控制芯片的高成本，数字控制多用于大功率AC/DC变换器、PFC功率因数校正等场合”，而对于DC/DC高频开关电源只是实现了一些数字化的简单应用，如采用MCU提供保护、监控和通信功能。随着数字控制芯片成本的降低，数字控制也逐渐应用于DC/DC直流变换器，直接参与电源的反馈回路控制，实现了信号采样补偿和PWM调节的数字化。数字PID补偿器的设计非常关键，直接决定了电源的输出精度、动态响应等指标。近年来对DC/DC开关电源的数字补偿器的建模研究已有很多论述]，主要基于数字重设计法和直接数字设计法。数字重设计是在传统模拟电源研究方法的基础上，首先将数字电源简化为一个连续的线性系统，忽略了采样保持器效应后设计模拟补偿器，然后采用双线性近似（Tustin）、匹配零极点（MPZ）等方法对其离散化得到数字补偿器。直接数字设计是直接建立零阶保持器和被控对象的离散模型，再构建包括离散补偿器的反馈系统。数字重设计和直接数字设计法在高采样速率下设计的数字补偿器性能差别不是很大，只是在低采样速率下直接数字设计更加精确。
上传时间： 2022-06-18
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随着近年来传动系统的发展，多电机传动已被越来越广泛地应用于各种领域中。为了提高多电机传动系统的动态和稳态性能，以及满足一些特定系统对于多电机精确同步的要求，多电机同步控制方法的研究也变得越来越重要。目前，有许多方法用来研究多电机同步控制策略，本文采用的是偏差耦合控制方法，利用模糊PID作为速度同步补偿器的控制算法，使用遗传算法来整定PID的参数范围，解决了多电机同步控制系统中多电机速度的同步控制问题。本文首先分析了多电机同步控制的原理及其特点，根据偏差耦合控制策略的优点，确立了基于模糊PID补偿器的多电机同步控制策略，提出了模糊PID补偿器的设计方法。其次，利用罗克韦尔实验室现有的设备，构造了一个与生产现场类似的试验环境，设计了电机同步控制系统的实验平台。在单个永磁同步电动机调速系统的基础上，实现了多电机同步控制。基于实验平台，分别对硬件和软件部分进行了设计，其中包括控制系统网络的组建和硬件连线的设计和对运动控制模块进行组态以及运动控制梯形图的编制。根据本文设计的多电机同步控制方法在保证系统具有优良抗干扰性能的同时，使系统获得了较好的跟随性能及同步跟踪精度。经过Matlab的仿真以及实验结果说明了本文设计的控制算法的有效性和实用性。最后，总结了所做的研究工作，并对多电机同步控制系统中存在的其它问题进行了简单的分析，以及对未来研究方向进行了阐述。关键词：多电机同步控制；：模糊PID；遗传算法；永磁同步电动机；偏差耦合控制
标签： 模糊PID补偿器
上传时间： 2022-06-18
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随国民经济的飞速发展，用电量的日益增加，电网的经济运行已是一个不可忽视的问题。因此，如何降低网损，提高电力系统的输电效率，保证电力系统的经济运行是电力系统面临的实际问题，也是电力系统研究的主要方向之一。 电力系统在运行过程中，由于感性负载的存在，使电网无功功率大量增加。另外，近些年来，国民经济各部门大力推广使用各种新型的电力电子整流装置，他们在减少能量耗损的同时，也带来了功率因数下降、电压波动、闪变、三相不平衡以及谐波干扰等问题。其最终结果都是使配电设备的使用效能得不到充分发挥，设备的附加功耗增加。因此，进行有效的无功功率补偿，提高功率因数是电网及电力系统安全经济运行的重要保证。毫无疑问，无功功率补偿的研究势在必行。 我国与世界上发达国家相比，无论从电网功率因数还是补偿深度来看，都有较大差距，因此在我国大力推广无功补偿技术尤为迫切。 对于实际应用的MCR，要求能够自动控制。本文采用以单片机为核心的控制器方案，包括检测电路、控制电路、触发电路、键盘显示电路和通信电路等。检测电路用于检测变压器二次侧的电压和电流并获耿同步信号；控制电路根据相应的控制策略，对检测信号和给定输入量进行计算，给出控制信号；触发电路根据控制信号输出的控制信号产生相应触发角的晶闸管触发脉冲；键盘可用来输入各种控制指令，显示电路可以直观的输出系统的各种状态；通信电路提供与控制站的数据交换，以便实现电力系统的集中控制。 文中对补偿器模型进行了实验验证，实验结果与文中分析一致，说明了本文补偿理论的正确性和可行性。
上传时间： 2013-06-22
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高压TSC（Thyristor Switch Capacitor）装置是指额定工作电压为6kV-35kV晶闸管投切电容器补偿装置，是一种典型静止无功补偿器，其对增强系统稳定性、提高系统运行经济性，保证电压质量及改善电能质量都能发挥良好的作用。目前国内对高压TSC装置研制与生产还处于起步阶段，加速高压TSC装置的国产化，对在我国电力系统中早日推广与应用高压TSC装置具有重大意义。 首先在无功功率的测量上，如何在有谐波干扰等复杂环境下准确检测无功功率，本文采用了基于快速傅立叶变换的方法，可以很好的完成无功功率的采集。在主电路结构上，晶闸管开关阀是高压TSC装置的关键构成部件，高压TSC装置要求晶闸管开关应具有良好的电气性能，要求晶闸管开关应是有效和可靠的。本文通过晶闸管特性和串联技术的研究，给出了晶闸管串联开关的静态均压和动态均压方法，设计出合理使用的电路结构。通过仿真分析，验证了均压电路的效果。 电容器无涌流投入技术也是TSC主要研究点，由于在高压系统中器件两端承受的电压较高，低压TSC系统中常用的过零固态继电器或集成过零触发芯片满足不了耐压的需要，本文设计了专门的过零检测及触发电路，在器件两端电压过零时触发，避免了由于电容器残压过高而造成的巨大冲击电流，从而在硬件电路上实现电容器组的无过渡过程投切，电路简单可靠。同时，在控制策略上将几种投切判据进行了比较，采用了电压无功复合投切判据，以无功功率作为主判据，电压作为辅助判据，有效地克服了仅以功率因数作为投切判据的控制方式中的轻载时容易产生投切振荡而重载时容易出现补偿不充分的缺点。
上传时间： 2013-05-24
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在传统的电力电子电路中，DC/DC变换器通常采用模拟电路实现电压或电流的控制。数字控制与模拟控制相比，有着显著的优点，数字控制可以实现复杂的控制策略，同时大大提高系统的可靠性和灵活性，并易于实现系统的智能化。但目前数字控制基本上限于电力传动领域，DC/DC变换器由于其开关频率较高，一般其外围功能由DSP或微处理器完成，而控制的核心，如PWM发生等大多采用专用控制芯片实现。FPGA由于其快速性、灵活性及保密性等优点，近年来在数字控制领域受到越来越多的关注。基于FPGA的DC/DC变换器是电力电子领域重要的研究方向之一。本文研究了同步Buck变换器的建模、设计及仿真，采用Xinlix的VIRTEX-Ⅱ PRO FPGA开发板实现了Buck变换器的全数字控制。 论文首先从Buck变换器的理论分析入手，根据它的物理特性，研究了该变换器的状态空间平均模型和小信号分析。为了获得高性能的开关电源，提出并分析了混杂模型设计方案，然后进行了控制器设计。并采用MATLAB/SIMULINK建立了同步Buck电路的仿真模型，并进行仿真研究。浮点仿真的运算精度与溢出问题，影响了仿真的精度。为了克服这些不足，作者采用了定点仿真方法，得到了满意的仿真结果。论文还着重论述了开关电源的数字控制器部分，数字控制器一般由三个主要功能模块组成：模数转换器、数字脉宽调制器(Digital PulseWidth Modulation：DPWM)和数字补偿器。文中重点研究了DPWM和数字补偿器，阐述了目前高频数字控制变换器中存在的主要问题，特别是高频状态下DPWM分辨率较低，影响控制精度，甚至引起极限环(Limit Cycling)现象，对DPWM分辨率的提高与系统硬件工作频率之间的矛盾、DPWM分辨率与A/D分辨率之间的关系等问题作了全面深入的分析。论文提出了一种新的提高DPWM分辨率的方法，该方法在不提高系统硬件频率的前提下，采用软件使DPWM的分辨率大大提高。作者还设计了两种数字补偿器，并进行了分析比较，选择了合适的补偿算法，达到了改善系统性能的目的。 设计完成后，作者使用ISE 9.1i软件进行了FPGA实现的前、后仿真，验证了所提出理论及控制算法的正确性。作者完成了Buck电路的硬件制作及基于FPGA的软件设计，采用32MHz的硬件晶振实现了11-bit的DPWM分辨率，开关频率达到1MHz，得到了满意的系统性能，论文最后给出了仿真和实验结果。
上传时间： 2013-07-23
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数字控制技术在开关电源中的应用正变得越来越广泛，开关电源的数字控制器包含三个主要的功能模块：模数转换器、数字补偿器和数字脉宽调制器。本论文总结和比较了当今国际上高频开关电源数字控制器各个模块的先进技术和发展方向。 数字电源要在高频开关电源应用领域中实用化、市场化，在技术上仍然存在许多的难关需要攻克。其中模数转换器和数字脉宽调制器的分辨率问题给系统带来了极限环振荡的隐患，采样时滞现象增加了实现电源的电压调节快速动态响应特性的难度，同时数字补偿器必须在一个开关周期内完成若干次乘法和加法运算以便及时更新占空比信息，从而对数字控制器的运算速度提出了非常高的要求。本文集中研究和讨论解决这些技术难点的途径，利用matlab中的SISOTOOL块，通过直接数字设计提出了2P2Z的数字补偿算法。按照高频开关电源的设计步骤，本文对主要元器件进行了参数的计算以及选型，并利用matlab中的SIMULINK模块对电路的稳态瞬态性能进行仿真研究。 为了对理论分析和仿真研究进行验证，本文设计实现了一款基于DSPic30F2020高性能数字信号处理器并采用2P2Z控制算法的高频全桥拓扑大功率通信一次电源整流模块。实验结果表明，该数字电源方案稳定可靠，性能参数优异，能够满足应用的需要。
上传时间： 2013-04-24
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三相电压不平衡度是衡量电网电能质量的一个重要指标。在三相系统中，引起电压不平衡的主要原因是发电机的输出电压不平衡和负载不平衡两方面，电压不平衡比较严重时，会给系统带来诸多危害。近年来，STATCOM因其动态响应速度快，电流谐波含量小，装置体积小等优点，在电压不平衡补偿中的应用越来越广。 首先本文研究了基于IGCT的STATCOM主电路。为了获得更高的输出电压，通常需要将IGCT串联使用。然而在器件串联使用时，由于其特性的差异会产生暂态电压分配不均衡，导致个别器件上产生过电压而威胁器件的安全，严重时会烧毁器件。因此需要采用均压电路来保证串联结构中电压的平均分配。本文重点对IGCT串联均压电路和缓冲电路进行了设计，在分析串联均压电路的同时，计算了吸收电容和吸收电阻的取值范围。而后，对缓冲电路进行了Pspice仿真，通过仿真验证了均压电路的工作效果。结果表明，吸收电容和吸收电阻的取值合适，能够对IGCT的串联运行起到很好的保护作用。本文还对100Kvar/660VSTATCOM的主电路进行了参数设计，对IGCT的型号和各主要元件进行了选择。 本文重点研究了不平衡系统中STATCOM的控制策略。建立了基于IGCT的STATCOM的数学模型；根据STATCOM的电流暂态模型，对电流电压进行序分解，并做D—Q坐标变换，建立STATCOM在静止坐标系下的正、负序数学模型。基于建立的负序模型，研究STATCOM在不平衡情况下的控制策略，本文采用无差拍控制方法；根据实际补偿时遇到的问题：收敛速度慢、依赖固定的负载模型、鲁棒性差等，对无差拍控制方法进行了优化设计。该优化方法在传统无差拍的基础上引入了参考电流观测器和状态观测器；文中具体设计了这个改进无差拍控制器和其相关电路。经分析与仿真验证了本文提出的优化控制方法，将该方法应用于STATCOM不平衡补偿器，取得了良好的不平衡补偿性能、快速的动态响应和良好的鲁棒性。
上传时间： 2013-06-05
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在工业过程中，许多对象具有滞后特性，由于纯滞后的存在，使得系统的超调量变大，调节时间变长。因此滞后过程被公认为较难控制的对象，而且纯滞后占整个动态过程的时间越长，难控的程度越大。所以大纯滞后对象的控制一直是困扰自动控制和计算机应用领域的一大难题。而这类对象又广泛存在于石油、化工、酿造、制药、冶金等工业生产过程中。因此对该问题的研究具有重大的实际意义。 传统的PID配合Smith预估补偿器的控制方法，对模型误差反映比较灵敏，当存在建模误差或干扰时，控制效果并不能取得令人满意的效果。近年来随着模糊控制、神经网络控制等智能控制研究的不断深入，有些学者将它们与Smith预估控制、PID控制及预测控制等相结合，提出了针对不确定大滞后系统的新的控制方法。虽然有些控制方案效果不错，但系统的复杂程度和调试难度也随之增加。因此设计简单、快速、可靠的控制器，仍是一个重大课题。 本文首先介绍了大滞后过程的控制特点，概述了常用的大滞后过程的控制方法及其优缺点。接着概要地介绍了嵌入式系统的优点、发展历史、现状及前景。并针对性地介绍了ARM控制器的概况以及它的应用领域。然后本文针对大滞后对象提出了自抗扰控制器与Smith预估补偿器相结合的设计方案。通过仿真对比了本方案、PID配合Smith预估补偿器及单一的自抗扰控制器的控制效果，表明自抗扰控制器与Smith预估补偿器的结合有效地改善了大滞后对象的控制效果，增强了系统的鲁棒性和抗干扰能力。为验证该控制方案的实际控制效果，我们以PCT-II型过程控制实验装置中的具有大滞后特性的盘管内部的温度为被控对象，以JX44BO开发板作为主要的控制平台设计并完成大滞后控制实验。所以接下来本文介绍了实现这个嵌入式温度大滞后控制系统所涉及到的硬件平台、系统框图以及实验内容。然后本文介绍了嵌入式控制平台的控制界面以及各个主要功能的程序的实现，以及远程客户端程序在以太网通讯方面的程序实现和远程客户端程序的操作界面。最后本文给出了本次实验的参数设置以及最终的实验结果。实验结果表明在实际应用中本文所提出的方案对于大滞后对象具有较好的控制效果。
上传时间： 2013-06-11
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本文主要介绍在电力系统中, 对电压稳定性的影响因素。首先分析了电压稳定性遭受破坏的机理, 按照系统中影响电压稳定性的设备( 同步电机、变压器、新型无功补偿器、并联电容器以及负荷等) 分别进行了分析。
上传时间： 2013-11-09
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研究了滞后环对数字电源的影响和滞后环的等效简化模型,给出了基于Matlab数字电源补偿器的设计步骤。仿真和实验表明,通过该方法设计的数字电源环路稳定性得到了有效保证。
上传时间： 2014-04-15
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