基于现场总线的网络技术研究是自动控制领域发展的一个热点。在各种工业现场总线中，CAN总线以其成本低、速度快、实时性和可靠性较高等特点被广泛应用于各领域。CIA(CAN in Automation)协会发布了完整的CANopen协议，定义了应用层和通讯子协议，为基于现场总线的分布式控制系统的广泛应用提供了解决之道。 本文研究国内外现场总线发展现状后，以改善现场总线网络通讯系统的运行效率，提高实时性和信息处理能力为前提，浅析CAN总线高层通讯协议CANopen，分析了主、从节点的各个功能，说明了功能的设计和实现方案。 然后，本文将CANopen协议应用于分布式控制系统，详细论述了基于PIC18控制器的从节点和基于DSP控制器的主节点的实现过程。主、从节点具有基于CANopen协议的总线通信功能。从节点具有数字量和模拟量输入输出功能。主节点可以通过键盘对各节点运行状态和各节点参数进行调整，还可以通过液晶屏显示实时控制量和各节点运行状态。PC机能在线监测CAN报文数据流。本文对两种类型节点的设计思想、硬件组成和软件设计均做了详尽的阐述，并给出了部分关键硬件原理图和软件流程图。 最后，把已开发的从节点和主节点组成一个温度测控系统和一个电机控制系统。经过实验室测试，证明系统具有良好的实时性，通讯稳定可靠，解决了传统CAN总线节点通讯可控性差，无法灵活设置的问题。对目前国内CAN总线应用中大多把精力放在硬件之上的底层软件开发，少有使用上层软件协议的习惯，起到了一定的推动意义，提高了应用水平。
上传时间： 2013-04-24
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由于日趋严重的环境问题以及风能利用的成本低廉和技术成熟等原因，风力发电成为电力系统中相对增长最快的新能源发电技术，发展风电成为改善电力系统经济运行极为重要的措施。近几年，风力发电机组单机容量和风电场建设规模都日益扩大，但风力的随机性和间歇性会对电力系统稳定运行产生一定的影响。因此对于含有风电场的电力系统，需要建立正确的风电场数学模型和进行风电场的短期风速预测。 首先，运用时间序列和神经网络相结合的预测方法，对风电场的风速序列进行短期预测。该方法用时间序列模型来选择神经网络的输入变量，而神经网络分别运用了BP和GRNN神经网络进行比较，发现使用时间序列结合GRNN网络预测效果比较令人满意，其对风电场和电力系统的稳定性运行具有重要的意义。 其次，建立了风速、风电机组和风电场的数学模型。风电机组的数学模型主要包括风力机模型、传动机构模型和异步发电机模型，仿真分析了风电机组对于风速的响应。在风电场模型研究中，考虑了尾流效应因素，风电场中各台风机位置处的风速并不相同，因此研究了风能分布的Jensen模型和Lissaman模型，并进行了案例计算分析，结果表明了风能分布模型在大规模风电场模型分析中的重要性。本文还提出了风电场等值模型的建立，降低了仿真研究的复杂性，使得分析大规模风电场并网运行成为可能。 最后，实现了包含风电场的电力系统潮流计算，采用牛顿—拉夫逊法极坐标形式的方法，为研究风电场稳定性运行提供了前提条件。同时提出了基于电力系统暂态稳定性分析的风电场穿透功率极限计算方法，并揭示了频率波动对风电场稳定运行的影响。
上传时间： 2013-07-31
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混合动力汽车采用内燃机和电机作为动力源，成为解决排污和能源问题最具现实意义的途径之一，集成一体化起动/发电机(ISG)技术是当前国际公认的未来汽车的先进技术之一，也是当代汽车发展的重要方向。论文以ISG型混合动力汽车为研究对象，进行了混合动力汽车驱动系统和动力总成控制系统等方面的研究。 本文系统地分析了串联式、并联式以及混联式混和动力汽车动力总成构型的优缺点，介绍了ISG型混合动力汽车结构及主要特点的基础上，首先通过对各总成选型分析，选择了发动机、电机、电池等部件，接着根据性能指标，确定了发动机、电机、电池等部件参数匹配。 动力总成控制系统作为HEV控制系统的关键，主要负责对行驶需求功率的合理分配，保证HEV高效运行，使发动机燃油消耗和排放达到最优。动力总成控制系统的硬件采用了TMS320F2812芯片，由于它功能强大，I/O资源丰富，并且支持广泛用于汽车电控的CAN通讯，因此，非常适合于混合动力汽车的实时控制。本文研究了动力总成控制系统的总体结构，以TMS320F2812型DSP为核心，组建了混合动力总成控制系统的硬件系统。在充分利用DSP内部模块的基础上对它的外部总线进行扩展。并设计了电源模块、A/O模块、IO模块、CAN总线模块和串口通讯模块。在模块化设计方式基础上建立了混合动力控制策略的软件设计。 为了证明设计方案的可行性和DSP总成控制系统的控制性能，在MATIAB/Simulink环境下，以hdvisor为仿真平台，依据系统的结构、控制策略，对相关模块进行修改，建立了ISG型混合动力汽车整车的仿真模型。利用建立的模型，在Advisor仿真软件中输人仿真参数，设置仿真性能，汽车动力性、经济性以及一些重要性能曲线的仿真结果。与同样参数设置的传统燃油汽车仿真结果进行比较表明，油耗和排放都得到了很好的降低。
上传时间： 2013-07-08
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随着国内交流伺服电机等硬件技术逐步成熟，高运算能力的控制芯片与电机控制技术相结合，具有高效、节能和可移植性好等特点，这样使得交流伺服系统成为现代电机伺服驱动系统的一个发展趋势。 本文主要是基于MCU研究和设计了交流永磁电机位置伺服控制系统。针对三相永磁同步电机的物理方程，通过坐标转换，在d-q旋转坐标系下建立转矩方程，采用Id=0的矢量控制策略，建立一套完整的全数字交流位置伺服控制系统。 硬件方面，采用的是瑞萨公司专用电机控制Tiny系列芯片M30262F8作为控制芯片，并由三菱公司的第三代IPM模块PS21564实现功率驱动，简化了系统电路，缩小了系统的体积，提高了系统的可靠性。由交流电流传感器检测三相定子绕组电流；由增量式磁性编码器检测永磁转子位置，并设计一种比较快速的转子初始检测方法。 软件方面，采用结构化语言C和单片机M16C汇编语言混编，实现了单片机初始化、三环控制、电流跟随型PWM控制，提高编写代码的效率，同时保证系统的实时控制性能；由软件方式实现经典PID控制和简单模糊控制相结合构成“串联校正”闭环控制系统，提高了系统的快速性和抗干扰能力。此外，本文对控制策略进行了研究，阐述了模糊PID控制策略；还介绍了SPWM、SVPWM和跟随型PWM调制。 实验结果表明，本文所设计的伺服控制系统能实现电机的启动，调速和定位等，并能达到系统的性能指标。
上传时间： 2013-05-19
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励磁系统是电力系统控制的重要组成部分，它直接影响着发电机的运行可靠性、经济性和电力系统运行的稳定性。励磁系统性能的优化与控制策略的研究，对发电机乃至整个电力系统的安全运行具有决定性的意义。 本文针对300MW同步发电机的技术特点，全面论述了励磁系统主电路拓扑及辅助电路的工作原理。为提高励磁系统的控制精度与实时性，本文以16位DSP为控制核心，对励磁调节单元软硬件的实现进行研究，以满足发电机在不同运行工况下对励磁系统控制性能的要求。 其次，本文在详细阐述PID+PSS控制和线性最优励磁控制理论的基础上，客观分析了两种控制方式的优点与不足，综合二者的优点引出了综合励磁控制的研究方法并在微机上成功实现。通过实验发现，综合励磁控制器的性能更优越，其提高了励磁系统的控制精度，改善了机组运行的稳定性。同时针对单参量PSS存在反调的不足，进行了算法改进，给出了加速功率型PSS的数学推理与软件实现；根据机组的运行结果可知，该算法的改进不仅解决了传统PSS的反调问题，而且优化了PSS抑制低频振荡的性能。 最后，本文利用发电机park微分方程，推导了发电机起励与灭磁的数学方程。在Matlab/Simulink仿真环境下，建立了起励与灭磁的仿真模型。给出了发电机自并起励、他励起励和故障灭磁的仿真结果，并对结果进行客观地分析，得出了有用的结论。
上传时间： 2013-04-24
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随着能源的紧张和环境污染日益严重，开发和利用太阳能已受到越来越多的重视。通过光伏并网发电系统将太阳能转换为电能，并将电能输送到电网上，是太阳能利用的主要形式。 本文对光伏并网发电系统的控制策略进行了深入的研究。首先，分析了太阳能电池发电的基本原理，得出了太阳能电池的等效模型，通过分析太阳能电池的I-V特性，可以看出太阳能电池是一非线性电源，而且输出电能受环境温度和光照强度的影响，为了使太阳能电池能够最大效率地将太阳能转化为电能，需要对其进行最大功率点跟踪。通过分析和对比各种最大功率点跟踪方法的优缺点，采用了改进扰动观察法结合BOOST升压电路来对电池板进行最大功率点跟踪的方案。其次，分析对比并网电流的各种控制方式，确定采用滞环比较方式对并网电流进行控制，为了使并网电流稳定可靠地向电网送电，采用双闭环控制策略对并网逆变器进行控制，使逆变器输出电流能与电网电压同频同相，以单位功率因数向电网输电。最后，对光伏并网发电系统的孤岛效应进行了研究，介绍了各种孤岛检测方法，分析了基于正反馈的主动移频式孤岛检测方法(AFDPF)的参数优化方案，为AFDPF检测盲区的分析提供理论依据。 本文在MATLAB/Simulink仿真环境下，利用SimPowerSystems功能模块建立了仿真模型，对太阳能电池板的数学模型，最大功率点跟踪控制策略，并网控制策略进行验证仿真。仿真结果证明了本文的方案和控制策略的正确性。
上传时间： 2013-07-14
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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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随着全球能源危机和环境污染问题的日益严重，开发利用清洁的可再生能源势在必行。太阳能是当前世界上最清洁、最现实、大规模开发利用最有前景的可再生能源之一。其中太阳能光伏利用受到世界各国的普遍关注，而太阳能光伏并网发电是太阳能光伏利用的主要发展趋势，必将得到快速的发展。此外，高性能的数字信号处理芯片(DSP)的出现，使得一些先进的控制策略应用于光伏并网逆变器成为可能。本论文就是在此背景下，对太阳能并网发电系统中的核心器件并网逆变器进行了较为深入的研究，具有重要的现实意义。 太阳能光伏并网发电系统的两个核心部分是太阳能电池板的最大功率点跟踪(MPPT)控制和光伏并网逆变控制。 首先，本文对太阳能电池的工作原理及工作特性进行介绍，详细分析太阳能电池工作的等效电路和数学模型。 其次，本文对几种传统的最大功率点跟踪(MPPT)控制算法进行了研究、分析和比较，提出各自优缺点。基于最大功率跟踪过程的快速性和稳定性，设计采用改进的间歇扫描法来实现光伏发电系统中太阳能电池的最大功率输出，以提高系统的性能和最大功率点跟踪速度。 再次，针对既可独立运行又可并网运行的单相光伏逆变器，本文采用有效值外环、瞬时值内环的控制方法，既保证了逆变器输出的静态误差为零，又保证了逆变器良好的输出波形。给出了同时满足独立和并网两种运行模式的输出滤波器结构和元件参数的计算过程，并通过仿真和实验验证了设计的合理性。 随后，详细讨论了并网过程中的软件锁相环技术，对锁相环电路的组成、工作原理进行了研究，实验结果表明此方法可靠有效，能使逆变器输出电流与电网电压完全同相，达到功率因数为1的目的。 最后，采用TI公司的TMS320LF2407A作为主控芯片，研制完成1.5kW实验样机，分别得出了独立运行和并网运行时的实验结果，结果表明，所采用的控制策略和设计的硬件电路能够满足设计要求，系统可安全、稳定运行。
上传时间： 2013-05-18
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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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随着我国工业化进程加快，各种电力负荷迅速增加，造成了电网无功功率消耗增加，使电能的传输和利用效率降低，电能质量中的无功功率补偿问题变得越来越重要。静止无功发生器(STATCOM)作为柔性交流输电系统的重要装置之一，是无功功率补偿发展的趋势。 论文首先介绍并比较了现有的无功补偿装置，分析了STATCOM相对于其他无功补偿装置的优越性。总结了STATCOM的间接电流控制和直接电流控制两种控制方式，并对两种控制方式所衍生的几种控制结构进行了介绍，说明了其控制原理。 详细讨论了直接电流控制的几种控制结构，并建立了相应的仿真模型，进行了仿真和比较分析。研究了它们在稳态性能和动态性能上的优缺点。其中重点讨论了采用空间电压矢量调制方法(SVPWM)跟踪给定电压矢量，来控制STATCOM的电流产生，并且采用直流侧电压可变给定。仿真结果证明此种方法具有直流侧电压利用率高、降低功率器件的开关损耗、适应电网电压不对称的环境的优点。 介绍了基于FPGA和DSP硬件开发平台设计方法。对FPGA的控制软件编程设计进行了详细讨论，其中重点讨论了应用DSP builder。工具箱实现全数字三相锁相环和SVPWM控制模块的方法。
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