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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开关磁阻电机（SR电机）驱动系统（SRD）是一种先进的机电一体化装置，但是其较大的振动噪声和转矩脉动问题制约了SRD的广泛应用。本文以减小SR电机振动噪声和转矩脉动为主题展开理论分析和实验研究。主要内容有：由于径向力引起的定子径向振动是SR电机噪声的主要根源，因此径向力的分析和计算是研究SR电机振动噪声的基础。本文利用磁通管法推导出径向力的解析表达式，定性分析了径向力与电机结构参数等之间的关系。根据虚位移原理，推导出基于矢量磁势的电磁力计算公式。该计算方法求解电磁力时只需进行一次磁场计算，不但减小了计算量，同时计算精度较传统虚位移法高。利用这一计算方法，求出了实验样机的转矩及径向力的精确数值解。针对在SRD性能仿真时，传统的非线性插值不但耗时，而且对有限元计算数据量要求高的问题，本文利用人工神经网络强大的非线性模型辨识能力，成功进行了SR电机磁链反演和转矩计算的模型训练，最后建立了基于人工神经网络的SR电机精确解析数学模型。因为SR电机本体结构形式的选择问题与振动噪声大小有着密切的关系。本文从噪声辐射和振动幅值角度探讨了SR电机主要尺寸的确定；接着从对称性、力波阶数等角度研究了SR电机相数及绕组连接方式、极数、并联支路数的选择问题。并对一些常用的降低电机机械噪声的措施和方法进行了综述。系统振动特性的研究对于减小振动噪声十分重要。本文从振动系统的运动方程出发，导出了从激振力到振动加速度的传递函数和系统的自由振动解；然后利用机电类比法得出了SR电机定子系统的固有频率以及振动振幅的解析解，定性分析了影响振动振幅的各种因素；最后利用基于能量法的有限元解法，通过建立不同的散热筋结构形式、高度、根数以及形状的SR电机三维有限元模型，分析得出了最有利于降噪和散热的散热筋结构是高度高、根数多、上窄下宽的梯形截面的周向散热筋的结论。通过建立不同绕组装配工艺下的SR电机三维有限元模型，分析得出了加强绕组刚度可以提高系统低阶固有频率的结论。通过比较实验样机的模态分析结果和运行实验结果，证实了模态分析的有效性。仿真是计算SRD系统性能和预估电机振动的有效手段。本文在用MATLAB建立SRD系统的非线性动态仿真模型的基础上，对SRD系统进行了稳态性能仿真、动态性能仿真以及负载突变仿真。接着利用稳态性能仿真，综合考虑最大平均转矩和效率这两个优化目标，对SR电机的开关角进行了优化。最后结合由磁场有限元计算得到的径向力数据表和稳态性能仿真，通过非线性插值得到径向力的波形，然后对径向力波形进行了频谱分析，从而找到其主要的谐波分量。在电机设计阶段避免径向力波主要频谱分量与SR电机定子的固有频率接近而引起共振是降低SR电机噪声的首要条件。合适的控制策略对于SR电机减振降噪是必不可少的。本文理论推导出三步换相法的时间参数取值公式。仿真证明本取值公式较原先文献的结论在阻尼比较小时有更好的减振效果。针对SR电机运行中可能出现多个模态振形被激发出来的情况，利用数值优化法对三步换相法的时间参数进行了优化，使得减振效果整体最佳，所提的数值优化方法对两步换相法同样有效。在分析已有的直接瞬时转矩控制的基础上，针对其不足之处，提出了转矩定频控制取代内滞环的方法、开始重叠区域的转矩控制方法、最佳开关角度二次优化法和时间参数优化的三步换相法等新的控制方案。动态仿真证明这些方案是切实有效的，达到了预期效果。最后在直接瞬时转矩控制的每一次转矩斩波都使用三步换相法，和在相关断时刻根据实际电平灵活选用两步或三步换相法以减小电机振动噪声，并提出了考虑减振要求的开关频率设计方法，最终形成了一套完整的降低振动噪声和转矩脉动控制策略。设计并研制了基于TMS320LF2407DSP的SR电机控制器。根据控制策略要求，选用了不对称半桥功率电路拓扑结构；出于降低成本以及提高可靠性考虑，采用了MOSFET双路并联电路方案。在控制软件中实现了本文所提出的降低SR电机振动噪声和转矩脉动控制策略。本文最后对实验样机进行了静态转矩的测量实验，对比转矩测量值与转矩有限元计算值，验证了磁场有限元计算的有效性。然后对实验样机进行了空载与负载、电流控制与转矩控制、低速斩波与高速单波、是否采用两步或三步换相法等一系列对比运行实验，对比各种实验结果，充分证实了本文所提出的降低振动噪声和转矩脉动控制策略的有效性。本课题组承担了国家十·五863计划电动汽车重大专项：“EQ6110HEV混合动力城市公交车用电机及其控制系统”（2001AA501421）。本文的研究是在该项目的资助下完成，并且本文关于电机本体结构形式、散热筋结构和机械降噪措施等的结论已在该项目的60kW实验样机上得到证实。
上传时间： 2013-07-05
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本文论述了基于ST7FMC的电动摩托车控制系统的研究。 近年来,由于燃油交通工具尾气排放对城市空气造成的严重污染，以及人们生活水平、环保意识的逐渐提高，绿色交通工具己成为时代发展的重要课题。考虑到我国目前的国情，发展电动车具有重要的环保意义。 随着电机技术及功率器件性能的不断提高,电动车的控制器发展迅速。但是目前市场上大多数的电动车产品均采用低集成度元件控制装置，功能过于简单，不能充分发挥系统潜力及处理一些特殊的控制问题。 提出了基于意法半导体芯片ST7FMC的永磁无刷直流电动机的控制系统设计方案，进行了低成本、高智能的无刷直流电机控制系统设计，能满足更多应用场合的需要。主要从以下几个方面进行了分析与研究: 首先，建立无刷直流电机的数学模型，并分析其电机运行特性。 其次，根据ST专用单片机的特点详细设计了系统的控制策略：将调速系统设计为电流、速度双闭环的PI算法控制，以保证调速性能和电流控制精度；采用ST芯片固有的寄存器进行速度的检测，比较精确；将相电流检测设计成母线电流PWM On中点检测；采用了高性能的驱动集成电路IR2136来驱动MOSFET组成的全桥逆变电路；驱动方式采用新型的凸形波驱动控制方法。 最后，组装了试验样车，通过实验室观测及实地运行，验证了系统运行的可靠性。 由此得出结论：本课题设计的基于ST7FMC的电动摩托车控制系统具有运行性能良好、可靠性高的特点，为后续的研究工作提供了一定的基础。
上传时间： 2013-05-17
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介绍了单相全桥逆变器的工作原理, 阐述产生SPWM波和实现PI 控制的算法, 给出以DSP(数字信号处理器) 实现控制的软件流程。实验表明利用软件完成逆变器控制是可行的
上传时间： 2013-06-30
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超声波电机是上个世纪八十年代逐步发展起来的新型微电机。它利用压电陶瓷逆压电效应激发的超声振动作为驱动力，通过定转子间的摩擦力来驱动转子运动。与传统的电磁马达相比，它具有低速大转矩、无电磁干扰、动作相应快、运行无噪声、无输入时能自锁等卓越特性，在非连续运动领域、精密控制领域要比传统的电磁电机性能优越得多。目前，旋转型超声波电机，尤其是环形行波型超声波电机，在工业、办公、过程自动化等领域的伺服系统中作为直接驱动执行器得到广泛的关注。 本论文主要研究并设计了用于超声波电机控制驱动的小型控制系统。其目的是针对市场需要，提供给用户一种价格较低、体积小、性能指标适中，操作简便，能够实现快速定位，速度可调节的标准的闭环控制器。 控制器的核心为MSP430F167。课题对外围检测、控制、驱动电路进行相关的研究和设计，并按照控制器的需求设计相应的软件。最后给出实验结果：系统运行稳定，速度曲线较为理想，达到了最初的设计要求。 系统总结了超声波电机的发展、特点、分类，通过与传统电磁电机的对比给出了超声波电机的广阔的应用前景。在此基础上，指出了超声波电机研究的发展方向，明确了本文的研究内容。 总结了环形行波型超声波电机的结构特点、运行机理，并在此基础上总结了环形行波型超声波电机调频、调相、调幅等控制方法以及推挽、半桥和全桥驱动逆变电路的优缺点。 本课题设计了基于超声波电机的控制驱动系统电路。首先，提出了本次设计的设计思想及目的；其次，介绍了本设计的控制器硬件电路具体设计过程以及调频调速的实现方式。然后，详细介绍了该控制系统的软件构成，包括上位机软件、下位机软件以及通讯部分。详细阐述了在本控制系统中的调速、定位原理。最后通过实验结果说明了该小型控制系统的有效性。
上传时间： 2013-07-18
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随着焊接技术、控制技术以及计算机信息技术的发展，对于数字化焊机系统的研究已经成为热点，本文开展了对数字化IGBT逆变焊机控制系统的研究工作，设计了数字化逆变焊机的主电路和控制系统的硬件部分。 本文首先介绍了“数字化焊机”的概念，分析了数字化焊机较传统的焊机的优势，然后结合当前数字化焊机的国内外发展形势，针对数字信号处理技术的特点，阐明了进行本课题研究的必要性和研究内容。文章随后列出了整个数字化逆变焊机的设计思路和方案，简要介绍了数字信号处理器(DSP-Digital SignalProcessing)的特点，较为详细地解释了以DSP为核心的控制系统设计过程。根据弧焊电源控制的要求，选择了控制器的DSP型号。 逆变焊机的主电路采用输出功率较大的IGBT全桥式逆变结构(逆变频率20KHz)，由输入整流滤波电路、逆变电路、中频变压器、输出整流电路和输出直流电抗器组成。文中简略介绍了主电路的设计要点及元件的选型和参数的计算，并对所设计的主电路进行了Matlab计算机仿真研究。 在控制系统的设计中，采用TI(美国德州仪器)公司的DSP(TMS320LF2407)芯片作为CPU，由于其速度快(40MHz)、精度高(16bits)等特点，为弧焊逆变器控制系统真正实现数字化提供了条件。在DSP最小系统、电压电流采样调理模块、保护模块、键盘与显示模块等主要模块的作用下对整个焊接电源进行了实时的闭环控制与焊接过程的实时监控。控制电路采用脉宽调制方式(PWM)进行输出控制，即：控制IGBT的导通时间来实现焊机输出功率与输出特性的控制。设计了专门的“分频电路”，DSP输出的控制脉冲经过“分频电路”分成两路后，再经IGBT专用驱动模块M57959L，进行功率放大后，触发IGBT。DSP对输出电流和电弧电压进行实时采样，采用离散的PI控制算法计算后，输出相应的控制量来实时调节IGBT驱动脉冲的脉宽，进而调制输出电流，达到控制焊机输出的目的。 经过实验，得到了相应的输出电压电流波形、PWM波形和IGBT门极驱动的实验波形，该控制系统基本符合逆变焊机的工作要求。 最后，在对本文做简要总结的基础上，对于本逆变焊机的进一步完善工作提出了建议，为数字化焊机控制系统今后更加深入的研究奠定了良好的基础。
上传时间： 2013-08-01
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带整流负载的同步发电机在一些需要高品质直流电源的场所，如舰船电力推进、邮电通讯、飞机等电源系统得到了广泛应用，并且受到了许多学者的关注，其研究领域主要涉及数字仿真、数学模型、稳态分析以及运行稳定性等方面。 本文对MATLAB/Simulink中的电机模型进行了深入的研究。针对MATTAB中电机仿真模型的不足和本文研究的需要，提出了同步发电机定、转子分解的状态方程，利用MATLAB工具箱建立了新的同步电机仿真模型并进行了封装，为进行带整流桥负载同步电机系统的分析与研究打下了很好的基础。 对带整流桥负载同步发电机整流系统稳态运行特性进行了分析，采用定、转子分解模型建立了整流系统仿真模型。证明了在假定转子磁链守恒，即忽略转子电阻影响的条件下，定、转子分解模型很容易转变为带三相对称非线性负载的同步电机稳态分析模型。介绍了根据这一模型推导出的解析计算公式，给出了计算方法和步骤，并编写了计算程序，便于工程上直接使用。与仿真结果的对比验证了该解析计算的正确性。同时，仿真证实了忽略转子电阻影响会给计算结果带来一定的误差，但是，在转子电阻正常值范围内，忽略其影响是允许的。 对带有反电动势负载的同步发电机整流系统的稳定性进行了仿真研究，将系统中的各个参数对系统稳定性的影响进行了仿真。为了解决稳定性仿真计算量大、计算时间长的问题，利用同步电机换相计算的稳态公式，对同步电机分解模型的定子部分和整流桥部分进行了简化处理，得到了同步发电机整流系统稳定性分析简化模型。通过两种模型的仿真计算，证实了该简化模型与非简化模型的仿真结果相当一致。这样既解决了带有反电动势负载的同步发电机整流系统的稳定性仿真计算的计算速度问题，也证明了换相过程及其产生的谐波对系统的稳定性没有影响。
上传时间： 2013-06-19
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本文对高性能、大容量可调AC-DC直流开关电源进行了研究。文章详细分析了高性能、大容量可调AC-DC直流开关电源的工作原理，并提出了主电路和控制电路的详细设计方案。在此基础上，完成了整个系统的硬件电路设计和软件程序的编制，并对电源装置的硬件和软件进行了调试和修改。在分析原理的基础上，本文从三相桥式不控整流、全桥变换器、高频变压器、滤波电路等环节对该系统的主电路进行了阐述，同时探讨了该电源系统实现大容量的解决方案，即采用多个电源模块并联运行。本文还探讨了多个电源模块并联运行时的自动均流技术,并详细介绍了基于平均值的自动均流电路。在电压调节环节上，详细分析了基于SG1525控制芯片的PWM控制电路。本文研制的直流开关电源具有输出电压可调、输出电流大、纹波小等特点，而且还具有换档、远程控制等功能。它主要用于各种直流电机性能测试，实验结果表明它基本达到设计要求，从而验证了理论分析的正确性，具有广阔的应用前景。
上传时间： 2013-07-31
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随着电力电子技术的飞速发展,越来越多的电力电子装置被广泛应用到各个领域,其中相当一部分负荷具有非线性或具有时变特性,使电网中暂态冲击、无功功率、高次谐波及三相不平衡问题日趋严重,给电网的供电质量造成严重的污染和损耗.因此,对电力系统进行谐波抑制和无功补偿,提高电网供电质量变得十分重要.电力有源滤波器(Active Power Filter,简称APF)与无源滤波器相比,APF具有高度可控制和快速响应特性,并且能跟踪补偿各次谐波、自动产生所需变化的无功功率和谐波功率,其特性不受系统影响,无谐波放大威胁.并联型电力有源滤波器(Shunt Active Power Filter,简称SAPF)更是得到了广泛的应用. 近年来,自适应算法中的递推最小二乘法(简称RLS)应用越来越广泛,该算法简单,收敛速度快.应用基于RLS自适应算法的滤波器(简称RLS滤波器),可以快速有效的滤除杂波,同时自动调整滤波器参数,不断改进滤波性能,最终得到所需的信号. 本文研究了基于平均功率和RLS自适应算法的并联型有源滤波器.它的参考电流是一个同电网相电压同相位的三相平衡的有功电流,它包含两个分量:一个是由实测的三相负载瞬时功率计算得到的,基于平均功率算法的电网应该为负载各相提供的有功电流瞬时参考值；另一个是为了维持有源滤波器中逆变器的直流母线电压基本恒定,主要通过RLS滤波器计算得出的电网各相应该提供的有功电流瞬时参考值.两个分量的计算共同构成了该有源滤波器参考电流的计算.补偿电流指令值与实际补偿电流比较生成控制逆变桥工作的PWM脉冲,生成补偿电流,达到补偿负载无功和抑制谐波的目的. 应用RLS滤波器得到维持直流母线电压恒定的直流侧有功系数A<,dc>,克服了传统PI控制中参数难以得到且由于参数过于敏感而导致补偿后电流纹波太大的问题.使得当稳态时SAPF自身的功率损耗和暂态负载变化时因为直流侧电容提供电网和负载之间的有功功率差而引起的电压的波动迅速反馈到指令电流的计算中.RLS算法收敛快,SAPF实时性大大提高.基于该方法的SAPF结构简单,无需锁相器. 根据本文的算法应用MATAB建立了仿真系统,仿真结果表明基于该算法的SAPF的可行性和实时性.
上传时间： 2013-04-24
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电压源型PWM逆变器在当前的工业控制中应用越来越广泛，在其应用领域中，交流电动机的运动控制是其很重要的组成部分。在PWM逆变器的控制过程中，设置死区是为了避免逆变器的同一桥臂的两个功率开关器件发生直通短路。尽管死区时间很短，然而当开关频率很高或输出电压很低时，死区将使逆变器输出电压波形发生很大畸变，进而导致电动机的电流发生畸变，电机附加损耗增加，转矩脉动加大，最终导致系统的控制性能降低，甚至可能导致系统不稳定。为此，需要对逆变器的死区进行补偿。本文针对连续空间矢量调制提出了一种改进的减小零电流钳位和寄生电容影响的死区效应补偿方法；针对断续空间矢量调制提出了通过改变空间矢量作用时间，来改变驱动信号脉冲宽度的补偿方法，并对这两种方法进行了理论分析和仿真研究。 本文首先详细分析了死区时间对逆变器输出电压和电流的影响，以及功率开关器件寄生电容对输出电压的影响。其次对已提出的减小零电流钳位和寄生电容影响的死区效应补偿方法进行了理论分析，该方法先计算出补偿电压，再对由零电流钳位现象引起的补偿电压极性错误进行校正，极性校正的参考量为d轴补偿电压的幅值，然而补偿电压的大小随电流的变化而变化，因此该方法存在电压极性校正时参考量为变化量的缺点，而且该方法只适用于id=0的控制方式，适用性较差。针对这些问题，本文提出了改进的减小零电流钳位和寄生电容影响的补偿方法，改进后的方法是先对由零电流钳位现象引起的电流极性错误进行校正，然后再计算补偿电压的大小，电流极性校正时的参考量为三相电流极性函数转化到γ-坐标系的函数sγ的幅值，sγ的幅值与补偿电压大小无关为恒定值，而且适用于任何控制方式，适应性强。再次把改进的减小零电流钳位和寄生电容影响的死区效应补偿方法应用到PMSM矢量控制系统中，采用MATLAB和Pspice两种方法进行了仿真研究，仿真结果验证了补偿方法的有效性。对两种仿真结果的对比分析，表明PSpice模型能更好的模拟逆变器的非线性特性。 最后，文章分析了连续空间矢量调制和断续空间矢量调制的输出波形的区别和死区对两种波形影响的不同。针对DSP芯片TMS320LF2407A硬件产生的断续SVPWM波，提出了根据电压矢量和电流矢量的相位关系，通过改变空间矢量作用时间，来改变驱动信号脉冲宽度，对其进行死区补偿的方法。给出了基本空间矢量作用时间调整的实现方法，并建立了MATLAB仿真模型，进行仿真研究，仿真结果验证了补偿方法的正确性和有效性。
上传时间： 2013-06-04
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