超声波电机(Ultrasonic Motor简称USM)是八十年代发展起来的新型微电机。本文针对超声波电机及其控制技术的研究现状和发展趋势,以我国研究技术相对比较成熟并有产业化前景的行波超声波电机(Traveling-wave Ultrasonic Motor简称TUSM)的伺服控制技术为研究对象,以直径60mm的行波超声波电机TUSM60为研究实例,在特性测试、动稳态性能分析,辨识模型建立、控制策略与控制算法的选择与实现等方面展开研究。本论具体的研究内容为： 在分析超声波电机研究历史和现状的基础上,结合国内外超声波电机特别是行波超声波电机控制技术的发展趋势,重点论述了行波超声波电机及其驱动控制技术的研究进展。 介绍行波超声波电机的基本结构,并从该电机的主要理论基础--压电原理、行波合成、接触模型出发,分析了行波超声波电机定子质点的运动方程.并结合定转子摩擦接触特点,分析了行波超声波电机的运行机理。 根据对行波超声波电机测试和高精度控制的要求,研制出基于双DSP和FPGA的超声波电机高性能测试控制平台。其中控制核心采用了双DSP结构,可以在对行波超声波电机进行控制的同时,将必要的参数读取出来进行分析和研究。为行波超声波电机瞬态特性分析以及控制策略、控制算法的深入研究打下了基础。 对电机的瞬态、稳态特性进行的测试,可以分析驱动频率、电压以及相位差等调节量对电机输出的影响。在此基础上进一步对行波超声波电机的调节方式、控制算法选择方面进行分析,并得到相应结论。 通过对实验数据的总结和归纳,利用系统辨识中的非参数方法,建立在特定频率条件下的近似线性模型。在行波超声波电机工作范围内,辨识若干组不同频率条件下的近似线性模型,将这些模型的参数进行二维或三维拟合,可以得到一个关于行波超声波电机传递函数的模型。辨识模型的建立为合理的选择和优化控制参数,控制效果的验证等提供了行之有效的手段。 在对行波超声波电机的速度控制、位置控制展开的研究中.首先利用遗传算法对常规PI恒转速控制的控制参数整定及修正方法进行了研究；利用神经元的在线自学习能力,研究和设计单神经元PID-PI转速控制器,提高控制系统对电机非线性和时变性的适应能力；为了消除在伺服控制中,单一调节量(驱动频率)情况下,低转速的跳跃问题,研究和讨论了多调节量分段控制方法,并利用模糊控制对控制方法的有效性进行了验证；在位置控制中,利用转速控制研究的结果,研究和设计了位置--速度双环(串级)控制器,实现了电机高精度位置伺服控制。 通过对已有控制系统的改进和简化,设计和研制了具有实用化价值行波超声波电机控制器：并将研究成果应用于针对核磁成像设备而设计的行波超声波电机随动控制系统中,同时尝试了将该控制器用于高精度X-Y两维定位平台。
上传时间： 2013-07-13
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随着电力电子装置的广泛应用,人们对电能变换的控制能力日益提高.但这些非线性装置所产生的无功和谐波污染也给电网带来越来越严重的危害.研究有源电力滤波器以补偿电力电子装置所引起的无功和谐波污染已成为电力电子应用技术中的一个重大研究课题. 本文主要研究一种基于DSP控制的运用于高压电力系统的新型大容量补偿装置,它结合了有源滤波器(APF)和静止无功补偿发生器(SVG),的优点,在抑制电网谐波的同时进行无功补偿. 传统补偿装置主要采用模拟控制.但模拟控制存在电路复杂、控制性能差、易受环境干扰等缺点.本文提出以TI公司TMS320LF2407高速处理器为核心的数字控制系统.更重要的是,该补偿装置使用的电抗和电容元件比传统SVC中的电抗器和电容元件小.大大缩小了装置的体积和成本. 另外,由于补偿装置中IGBT模块的额定工作电压的限制,若要将其运用于高压系统需要连接特殊的升压变压器,成本较高.如果能够借助一些辅助的外电路解决功率器件串联工作时的均压问题,那么就可以省去升压变压器的投资,降低了成本.这也是本文的一个研究方向. 本文首先回顾了电力系统有源滤波和无功补偿的发展情况,然后阐述了有源滤波和无功补偿的工作原理和关键技术.在此基础上,讨论了电力系统有源滤波和无功补偿装置的硬件设计及软件开发.最后,使用Matlab对系统进行了仿真并进行了实验验证.
上传时间： 2013-07-09
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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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超级电容器是一种具有高能量密度的新型储能元器件，它可提供超大功率并具有超长的寿命，是一种兼备电容和电池特性的新型元件，在混合动力电动车、脉冲电源系统和应急电源等领域具有广泛的应用前景。对于大功率储能系统来说，为了满足容量和电压等级的需要，一般是由多个超级电容器串联和并联的组合方式构成。然而超级电容器在串并联使用时，单体电容器参数的分散性是制约其寿命和可靠性的主要因素。因此，为了提高储能效率，对超级电容器组合进行电压均衡管理具有十分重要的意义。 本文针对超级电容器串联使用时充电电压的均衡问题，对超级电容器组充放电均衡技术进行了研究，通过对现有均衡技术的分析和讨论，确定采用单电容均压方案，并利用DSP控制技术，设计了一个基于DSP控制的超级电容组电压均衡系统，解决超级电容器串联电压均衡问题。该系统主要由参数采集、PWM信号输出、开关网络控制等部分组成。系统以DSP为控制核心，采用了一只电解电容器作为中间电容传递能量，通过实时电压、电流及温度监测将采集到的信号，经A/D转换器后，送入DSP处理，系统根据得到的电压、电流信息判断电容的充放电状态，控制PWM信号的输出，进而驱动开关网络的切换，使能量在单体电容器之间快速传递，从而实现均压控制。最后，对该系统进行了仿真和实验研究，通过对上述数据的分析比较可以看出，采用此种方案进行均衡后，超级电容组单体的电压在充电过程中达到了较好的一致性。 本文设计的超级电容组电压均衡系统用于串联超级电容组的充放电均衡控制，既可实现静态均衡也可实现动态均衡。与其他均衡方案相比，该系统具有电压均衡速度快，均衡效果好的优点。
上传时间： 2013-04-24
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随着能源危机日趋严重，新能源的开发与节能技术的研究日趋迫切，而新型储能元件—超级电容器的应用为能量回收开辟了一条新的道路。 作为新型储能器件，超级电容器拥有其它储能器件无法比拟的优点—充放电速度快、功率密度高、使用寿命长。但由于其额定电压很低，一般为1V～3V，因此使用时需多节串联以达到实用电压值，而电容单体参数不一致必然导致单体电压不平衡。长此以往，势必严重影响超级电容组寿命及其工作可靠性。 本文从超级电容器结构与工作原理入手，详细阐述了其各种特性，分析和比较了目前存在的各种电压均衡电路，确定了适合能量回收系统中超级电容组的电压均衡策略，提出了如下两种方法： 一种是运用飞渡电容转移能量的思想，在飞渡电容与超级电容器之间加入DC/DC变换器，对超级电容器恒流充放电，保证了电压均衡电路快速性。 针对超级电容器单体电压低造成的DC/DC变换器恒流控制困难的问题，本文采用了新型开关电源芯片LTC3425及LTC3418实现了恒流输出，仿真及试验结果验证了该方法的有效性。 另一种方法为基于变压器的电压均衡法，该方法引入全桥逆变器和高频变压器构成了一种新颖的电压均衡电路。此方法容易获得超级电容器串联组平均电压值，使得对低于平均电压值的超级电容器充电非常方便。此方法以较低成本实现了电压均衡目的，并通过仿真和试验验证了该方法的有效性。 以上两种方法均通过能量内部转移来完成电压均衡，达到了较高的均衡效率，适合用于能量回收系统中超级电容组的电压均衡。
上传时间： 2013-06-08
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串联电池组广泛应用于手携式工具、笔记本电脑、通讯电台、便携式电子设备、航天卫星、电动自行车、电动汽车及储能装置中。本文就电动汽车的串联电池组加以研究。 随着社会的发展以及能源、环保等问题的日益突出，电动汽车以其零排放，噪声低等优点越来越受到世界各国的重视，被称作绿色环保车。作为发展电动车的关键技术之一的电池管理系统(BMS)，是电动车产业化的关键。电动汽车的快速发展，它的能量源-动力电池组，成了电动汽车发展的瓶颈。电池技术和电池能量管理系统(BMS)的研究成为解决这一问题的关键，越来越受到人们的关注。 电动汽车电池组相关技术中的电池管理系统是目前国内外研究的热点。本文描述了电动公交用锂电池配套的电池管理系统的设计与实现。 该电池管理系统在拓扑结构上采用集散式的检测方法，即每箱电池都配备检模块，将各模块所检测的相关电池数据通过内部总线传送给主控模块，再由主模块对整体数据进行分析和存储，并由CAN总线发送给电动公交各车载装置。 本论文首先比较了现有的几种电动汽车常用的电压测量方法，然后提出了电池管理系统中的串联电池组电压测量方法的整体设计方案。即采集各个电池单体的基本信息到BMS控制芯片(单片机MC9S12D64)中进行处理计算，从而得出电池工作状态等信息。 介绍了CAN总线与电动汽车中心控制器进行通信，实现整车的控制。在硬件设计中详细介绍了小系统的设计，电压采集系统的设计，CAN通信接口电路的设计，以及抗干扰等方面的电路设计。并介绍了一些重要器件的选择与参数确定。软件实现方面，着重讲述了检测板电压检测的的功能模块，最后对电池管理系统的进一步发展给出了一些展望。 目前，本课题的研究在理论和实践中都取得了很大的进展，在经过大量的软硬件调试与改进的基础上，该方法已经实现了良好、可靠的运行，取得了很好的效果，为下一阶段的准备打下了很好的基础。
上传时间： 2013-06-01
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大功率照明LED（Light Emitting Diode）是新一代光源，它光转换效率高，也称作绿色光源。由于大功率照明LED本身的伏安特性，大功率LED的开关电源的研究从一开始就遇到了困难。而发展LED照明是现在节能环保的大趋势，所以研究开发一种新型的大功率照明LED开关电源是很有必要的。 本文简要介绍了大功率LED的发光特性、伏安特性及其驱动方案，并回顾了大功率LED开关电源的发展历史，展望了未来趋势。给出了大功率LED开关电源课题的背景，并分析了设计难点。在此基础上，提出了一种新型两级式方案，前级为PFC级，后级为DC/DC级。PFC级采用电感电流临界连续模式的Boost变换器，DC/DC级采用准谐振模式的反激变换器。为了提高PFC级在低电压输入时的效率，采用了变电压输出的控制方案。 文中首先对采用临界连续工作模式的功率因数校正级的工作原理和主电路参数进行推导与设计，以及对基于L6562的PFC控制电路的设计进行了详细的研究。其次详细介绍了准谐振模式的理论基础和应用，对基于NCP1377B的反激变换器的工作原理和稳态特性进行了详细的分析；在此基础上提出了一种高效低损耗的准谐振变换器的设计方案。论文详细介绍了该方案的工作原理和特点，并分析了钳位电路及基于TSM103的恒压/恒流电路及线性稳压器在提出的两级式方案中的应用。 结合上面提到的方案，本文研制了一台全球输入电压范围（90～265Vac），12V/5A输出的大功率照明LED开关电源，实验结果验证了所提方案的可行性。
上传时间： 2013-07-15
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作为新一代直流输电技术，基于电压源换流器的高压直流输电凭借其独特的技术优点取得了飞速的发展，并已在新能源发电系统联网、电网非同步互联、无源系统供电、无功补偿等场合得到实际工程应用。在我国，VSC-HVDC的研究尚处于起步阶段。本论文着重开展了VSC-HVDC技术的数学建模和控制策略的研究。论文的主要工作和取得的创新性成果如下： 1．建立了系统标么值模型，分析了VSC-HVDC的运行原理和稳态功率特性。明确了系统主电路参数对运行特性的影响，在此基础上提出了一种功率定义下的换流电抗、直流电压和直流电容以及频域下的交流滤波器参数设计方法。 2．设计了一种基于无差拍控制的VSC-HVDC直接电流离散控制器。针对控制系统存在的VSC电压输出能力限制、PI控制器积分饱和现象和离散采样时间延迟问题，提出了相应的解决方法，推导了其电流内环控制器与功率外环离散控制器的设计原则。 3．推导了换流站网侧与VSC交流侧功率节点以及换流电抗与损耗电阻上的瞬时功率方程，在此基础上提出了一种换流站网侧功率节点控制并补偿换流电抗与损耗电阻消耗二倍频功率的不平衡控制策略，设计了该控制策略下的双序矢量控制器模型。同时针对传统dq软件锁相环在电压不平衡时锁相速度慢的缺点，提出了一种基于前置相序分解的频率自适应dq锁相环，提高了不平衡控制算法的动态性能与稳态特性。 4．对VSC阀在交流电网低电压故障下的过流现象进行分析并提出了一种考虑正负序分量影响的指令电流限制器，保证了故障限流效果。分析比较了VSC阀电流裕度穿越法和指令电流限制器穿越法的特性，在此基础上提出一种结合正负序指令电流限制器与控制模式切换的交流电网低电压穿越控制方法，从而解决交流电网低电压故障时系统稳定与VSC过流问题。 5．在分析现有VSC-HVDC拓扑的基础上，从降低电力电子器件直接串联数目、器件开关频率和简化主电路拓扑结构三个方面出发，将传统直流输电中常用的变压器隔离式多模块结构引入VSC-HVDC系统，并针对该模块级联式拓扑提出一种系统协调控制与模块独立运行相结合的新型控制策略。针对该拓扑下送端站存在的各模块直流侧电容电压均衡问题，提出了一种基于有功分量调节的直流侧电压控制方法。
上传时间： 2013-06-03
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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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蓄电池组已越来越广泛地应用于交通运输、电力、通信等诸多领域和部门，其寿命直接关系到能源的有效利用以及相应系统的整体寿命、可靠性和成本。本课题从提高电池寿命的角度研究串联蓄电池组的充电问题，基于前人使用磁放大器作后级调整的基础上，提出了一种新颖的基于开关管MOSFET后级调整和高频母线的蓄电池组分布式单体充电方法。所有二次侧电路通过高频母线的形式共用一个一次侧电路；在兼顾效率、体积和成本的前提下有效的解决了串联蓄电池组的充电不均衡问题。 论文对采用双管正激拓扑的高频母线产生电路的设计给出了说明；同时也介绍了几种后级调整方法及各自优缺点。针对后级调整中的同步问题，提出了几种产生同步锯齿波的解决方案。最后利用同步脉冲产生电路，采用最常见的UC3843芯片，产生稳定可靠的同步锯齿波，实现后级调整开关动作与母线方波电压的同步。并且针对多路后级调整场合下，采取措施减小了母线电压毛刺，同时也改善了电流采样波形。 论文设计了一套单体3500mAh、3．7V锂离子电池组的单体独立充电器，以双管正激电路为原边电路作为主模块，次级是以MOSFET作后级调整电路实现充电功能作为充电电路模块。试验中采用了四个充电电路模块，同时对四个锂离子电池单体分别独立充电。充电电路模块中，通过控制MOFET开关，可实现锂电池的恒流、恒压充电和满充切断，充电电压和充电电流可精确控制在1％以内。该充电电路并能显示电池充电状态，并在单体充电电路间传递充电状态信号，最后反馈给母线电路以控制母线电压输出的开通与关断。特别指出的是该电路的过放电检测功能，是直接利用电池自身电压来检测得出电池自身是否处于过放电状态判定信号，并在充电模块间传递，最后得出蓄电池组过放电判定信号。整机有较低的待机功耗，并均使用了低成本器件，进一步降低了成本。 论文给出了详细的设计过程，最后通过实验将该方案与串联充电方案比较，验证了该充电方案的可靠性与优越性。
上传时间： 2013-04-24
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