本文以感应加热电源为研究对象,阐述了感应加热电源的基本原理及其发展趋势。对感应加热电源常用的两种拓扑结构--电流型逆变器和电压型逆变器做了比较分析,并分析了感应加热电源的各种调功方式。在对比几种功率调节方式的基础上,得出在整流侧调功有利于高频感应加热电源频率和功率的提高的结论,选择了不控整流加软斩波器调功的感应加热电源作为研究对象。针对传统硬斩波调功式感应加热电源功率损耗大的缺点,采用软斩波调功方式,设计了一种零电流开关准谐振变换器ZCS-QRCs(Zero-current-switching-Quasi-resonant)倍频式串联谐振高频感应加热电源。介绍了该软斩波调功器的组成结构及其工作原理,通过仿真和实验的方法研究了该软斩波器的性能,从而得出该软斩波器非常适合大功率高频感应加热电源应用场合的结论。同时设计了功率闭环控制系统和PI功率调节器,将感应加热电源的功率控制问题转化为Buck斩波器的电压控制问题。 针对目前IGBT器件频率较低的实际情况,本文提出了一种新的逆变拓扑-通过IGBT的并联来实现倍频,从而在保证感应加热电源大功率的前提下提高了其工作频率,并在分析其工作原理的基础上进行了仿真,验证了理论分析的正确性,达到了预期的效果。另外,本文还设计了数字锁相环(DPLL),使逆变器始终保持在功率因数近似为1的状态下工作,实现电源的高效运行。最后,分析并设计了IGBT的缓冲吸收电路。 本文第五章设计了一台150kHz、10KW的倍频式感应加热电源实验样机,其中斩波器频率为20kHz,逆变器工作频率为150kHz(每个IGBT工作频率为75kHz),控制核心采用TI公司的TMS320F2812DSP控制芯片,简化了系统结构。实验结果表明,该倍频式感应加热电源实现了斩波器和逆变器功率器件的软开关,有效的减小了开关损耗,并实现了数字化,提高了整机效率。文章给出了整机的结构设计,直流斩波部分控制框图,逆变控制框图,驱动电路的设计和保护电路的设计。同时,给出了关键电路的仿真和实验波形。 实验证明,以上分析和电路设计都是行之有效的,在实验中取得很好的效果。
上传时间: 2013-05-20
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本文主要研究变速风力发电系统最大功率点的跟踪问题,以使风力机在处于额定风速以下时能够实现最大风能捕获。风力发电系统所采用的功率变流器和最大功率点的跟踪控制策略提供了基本的研究平台,以完成本课题的研究。 为了将风能输送给电网,变速风力机要有变流器将发电机发出的电压和频率都不断改变的电能转换成恒频恒压的电能,再传输给电网。本文采用了变速风力机,永磁发电机,三相AC-DC-DC-AC变流器,变压器等构建了变速风力发电系统。AC-DC-DC-AC变流器用于将永磁发电机发出的电压和频率都不断改变的电能传输给电网。鉴于DC-DC直流环节在能量传输中的重要性,本文专门研究了单重Sepic变换器和双重Sepic变换器在变速风力发电系统中所起的作用。 一个先进的变速风力发电系统的最大功率点跟踪控制策略要对所控制的风力机起到良好的控制效果,不仅与风电系统所采用的变流器的拓扑结构有关,也与自身的控制方式有关。本文在对常用的几种最大功率点的跟踪控制策略分析研究的基础上提出了以风力机的输出功率和系统储能的变化率以及风力机转速等相关数据来确定风力机的实际工作点的最大功率点跟踪控制策略,该策略的实施不依赖于风力机自身的特性,不需要测量风速等。 由于对变速风力机的建模和仿真是理解和验证风力发电系统特性和最大功率点跟踪控制策略的可行性的重要手段。因此本文在Matlab软件的Simulink环境下对所研究的变速风力发电系统作了建模和仿真。仿真结果充分证明了本文所提出的变速风力发电系统最大功率点跟踪控制策略的正确性和可行性。
上传时间: 2013-04-24
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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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随着家用空调的普及应用,空调已日渐成为耗能大户。我国经济建设多年来高速发展,正面临能源日益紧张的问题,由于空调节能尚有空间,因此人们普遍关注空调节能技术。在家用空调的各种节能技术中,直流压缩机变频驱动是发展的主流方向。从驱动方式上看,直流压缩机可以采用方波控制或矢量控制。与方波控制相比,矢量控制的空调直流压缩机具有噪声低、振动小、效率高等特点,更加符合节能和环保的发展方向。 本文主要研究了适用于空调压缩机负载的无转子位置传感器永磁同步电机矢量控制方法。首先从电机的基本方程入手,详细推导了永磁同步电机矢量控制的数学模型。详细分析了各种电流控制策略特点,提出了采用适合直流压缩机驱动的MTPA控制方式。 其次提出了具有凸极效应的压缩机永磁同步电机的一种简化模型,得到了适用于IPMSM的滑模观测器,解决了IPMSM在αβ坐标系中应用滑模观测器困难的问题。针对压缩机运行特点,采用全维状态观测器方法,实现IPMSM反电动势的观测,根据反电动势计算出电机转子位置和转速,实现了无传感器矢量控制。本文详细分析了全维状态观测器的极点配置方法,通过将四个极点配置在相同位置,简轻了计算量,也便于实现。 第三,由于反电动势估算法在电机低转速下不能正确估算转子位置,无法正常闭环起动,本文提出了一种简单的用于直流压缩机的起动方法,实现了压缩机的可靠起动。同时在深入分析电机等效模型的基础上,给出了一种简单的电机参数测量方法,通过简单测量和计算,得到系统实现无传感器永磁同步电机矢量控制所需的电感、电阻及反电动势系数等关键参数。 最后通过MATLAB/Simulimk7.1仿真软件对基于滑模观测器和基于全维观测器的永磁同步电机矢量控制方法进行了仿真验证,设计了以TMS320F2403数字信号处理器为控制核心的直流压缩机矢量控制实验平台,并进行了大量的实验验证。仿真及实验结果证明了本文理论分析和所提方法的正确性,并已应用于实际的直流压缩机矢量控制系统。
上传时间: 2013-06-13
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随着通讯技术和电力系统的发展,对通讯用电源和电力操作电源的性能、重量、体积、效率和可靠性都提出了更高的要求。而应用于中大功率场合的全桥变换器与软开关的结合解决了这一问题。因此,对其进行研究设计具有十分重要的意义。 首先,论文阐述PWM DC/DC变换器的软开关技术,且根据移相控制PWM全桥变换器的主电路拓扑结构,选定适合于本论文的零电压开关软开关技术的电路拓扑,并对其基本工作原理进行阐述,同时给出ZVS软开关的实现策略。 其次,对选定的主电路拓扑结构进行电路设计,给出主电路中各参量的设计及参数的计算方法,包括输入、输出整流桥及逆变桥的器件的选型,输入整流滤波电路的参数设计、高频变压器及谐振电感的参数设计以及输出整流滤波电路的参数设计。 然后,论述移相控制电路的形成,对移相控制芯片进行选择,同时对移相控制芯片UC3875进行详细的分析和设计。对主功率管MOSFET的驱动电路进行分析和设计。 最后,基于理论计算,对系统主电路进行仿真,研究其各部分设计的参数是否合乎实际电路。搭建移相控制ZV SDC/DC全桥变换器的实验平台,在系统实验平台上做了大量的实验。 实验结果表明,论文所设计的DC/DC变换器能很好的实现软开关,提高效率,使输出电压得到稳定控制,最后通过调整移相控制电路,可实现直流输出的宽范围调整,具有很好的工程实用价值。
上传时间: 2013-08-04
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近年来在运动控制领域三电平中压变频器的开发研究得到了广泛关注,三电平逆变器使得电压型逆变器的大容量化、高性能化成为可能,研究和开发三电平逆变器,无论在技术上还是在实际应用上都有十分重要的意义。 本文首先论述了三电平逆变器的原理,详细分析了一种控制策略—空间电压矢量法,给出PWM波的计算公式和开关动作次序,并仿真出波形。 其次阐述了三电平逆变器的主电路构成、功率器件MOSFET的驱动技术和基于DSP2407A控制系统硬件电路设计,并据此设计出了一套小容量三电平逆交器实验装置。 最后介绍了三电平空间电压矢量控制算法的实现和软件设计,给出了实验装置的运行结果,并分析了设计中存在的问题。
上传时间: 2013-04-24
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大功率电力电子装置的广泛应用使电力系统无功功率补偿和谐波污染问题日趋严重,动态无功功率补偿和谐波抑制成为现代电力传动领域研究的热点。传统补偿技术由于主控制器运算能力的限制,难以对实时信号进行有效分析,影响了补偿效果。而DSP计算速度快,能够实现复杂的数字信号处理或数字实时控制。本文针对矿井直流提升机的无功补偿问题,设计了一种基于DSP的TCR型动态无功补偿器,以稳定电网电压、减小电压波动,提高功率因数。 本文综述了无功补偿技术的国内外研究概况、水平和发展趋势,基于 MATLAB 对电力电子装置谐波源进行了谐波分析与仿真,分析和介绍了 TCR 的无功补偿原理及瞬时无功理论,确定了无功补偿系统主电路及其控制系统,提出了系统的总体方案。 本设计选用 TMS320F2812 DSP 芯片作为主处理器,设计了信号输入、滤波放大和信号调理等 DSP 外围硬件电路;软件方面采用模块化设计,编写了软件流程图,给出了部分程序代码。 本文基于MATLAB软件对无功补偿控制系统的补偿效果进行了模拟仿真。仿真结果表明:系统线电压、负载无功功率和TCR无功功率等在两个周期内达到稳定,系统线电压波动小于3%,系统线电压和系统线电流中仅含有较少量的5次、7次和 11 次谐波,总谐波畸变率满足《公用电网谐波》标准的要求,为在煤矿中的实际应用提供了理论基础。
上传时间: 2013-07-24
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作为一个自然不稳定系统,倒立摆一直被用作实时控制系统实验的控制设备。通过对它的研究不仅可以解决控制中的理论问题,还能将控制理论涉及的三个主要基础学科:力学、数学和电学(包含计算机)进行有机的综合应用。此外,在近代机械控制系统中,如航空航天上直升飞机、火箭发射、卫星发射及生活中的做体操、花样滑冰、单轮骑车等等,都存在类似于倒立摆的稳定控制问题。因此实现倒立摆系统稳定控制的研究对实际工程和现实生活有非常重要的意义。 本论文的主要目标是设计和建造一个基于数字信号处理器(DSP)的计算机控制系统来控制倒立摆的平衡。论文中用到的控制理论主要是线性控制理论和反馈控制理论。 本文首先对倒立摆的背景和研究现状作了总体介绍,简要的阐述了常见的控制算法。随后详细介绍了利用牛顿第二定律及相关的动力学原理建立一级和二级倒立摆的数学模型,并用MAILAB对倒立摆的运动特性进行了仿真。然后研究倒立摆系统的各种控制策略,比较了各种控制方法的效果。 本论文还设计了基于DSP的计算机控制系统。详细介绍了DSP硬件电路设计和外围电路设计,用C和汇编语言编写了系统的控制程序。 最后,对本论文进行了总结,对下一步要进行的工作提出了自己的设想。 整个论文的完成以一定的理论为基础,既有数学模型的分析与推导,方法理论的探讨,又有实际控制系统设计过程,而且研究对象相当典型。本文所完成的工作,既可以作为现代控制理论的教学实验,对于具有类似模型的其他装置如两足机器人的研究也有一定的借鉴作用。
上传时间: 2013-04-24
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不间断电源(UPS)是一种能提供优质电源并保证电源供应连续的电力电子装置。它的应用范围广泛,在很多领域,UPS已经成了标准配置。采用数字信号处理器(DSP)实现UPS的数字化控制是当前许多UPS设计者关注的问题。DSP在UPS中的应用主要集中在两个方面:一是将各种先进的控制方法用于逆变实时数字控制;二是利用DSP实现更准确更迅速的锁相环控制。 本文分析了当前逆变控制的各种方案,针对逆变的扰动及谐波周期出现的特点,采用了重复控制来提高逆变输出的稳态特性。因为重复控制具有一个周期延迟控制的特点,本文也采用了PID控制来改善逆变控制的动态性能。本文分析了目前重复控制的常用方案,在建立UPS逆变滤波电路数学模型的基础上设计了新的重复控制和PID控制结合的方案。对重复控制与PID复合控制方案在MATLAB中作了仿真。仿真试验证明了控制方案的有效性。 在硬件方面,设计了在线式UPS系统中DSP的接口电路,其中包括DSP供电电路,蓄电池电压过低检测电路,市电及输出电压过零检测等电路。对DSP的资源进行了分配,充分利用了DSP的外设多和速度快的特点。 在软件方面,设计了各部分的程序,其中包括主程序,软件锁相及正弦参考信号生成程序,输出有效值控制程序以及各种相关的中断及保护程序。 本文结合实际,搭建了实验线路,给出了实验线路的原理及各部分的实验电路。该实验电路可对逆变控制过程和锁相环节进行控制实验。 本文将PID控制与重复控制相结合,对逆变器输出进行控制,验证了重复控制与PID复合控制的有效性。本文还对UPS的DSP数字化控制作了研究,这些都对UPS技术的进步有积极的作用。
上传时间: 2013-05-17
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在数字化推进速度加快的大背景下,全球农业也由传统农业向现代农业方向转变,而实现农业信息与数字化则是现代化农业的重要标志与核心技术。我国农业具有地域分散、对象多样、生物自身变异大、环境因子不确定等特点,也是受环境影响最明显的领域,因此对环境与生物信息的监测显得十分重要。同时现代无线网络信息技术和计算机应用等技术近几年得到了长足的发展,广泛的应用于工业的各个领域。因此,将这些最新的技术应用于相对发展较慢的农业各领域显得迫在眉睫。 本文根据农业对象具有偏远、分散、易变、多样等特点,提出了一种针对农业环境信息远程监测的系统设计方案,并从软件和硬件二方面详细介绍了系统方案的设计和实现方法。本研究通过采用μC/OS-Ⅱ系统的嵌入式技术,实现了数据采集系统底层网络与信息发布上层网络的无缝连接为建立基于WEB的农业环境远程监测系统奠定了基础,同时也为农业网络通信“最后一公里”问题的解决提供了一种解决方案。 该系统的设计充分利用了网络技术。通过INTERNET,用户可以随时了解农业环境的实时情况以采取措施。系统中嵌入式操作系统μC/OS-Ⅱ的应用提高了系统的实时性、可靠性和可扩展性:减少了对系统硬件的依赖,增加了系统安全性;降低了成本。特别是自主开发的核心板卡,经连续的调试运行稳定、数据可靠。 本文首先介绍了高速实时数据采集系统的发展和现状。由于传统的设计方式的欠缺而考虑到将嵌入式操作系统引入到该系统中,很好的解决了多传感器的接入,使得本系统具有巨大的灵活性和可扩展性。 本文以源码开放的嵌入式操作系统μC/OS-Ⅱ为核心,以LPC2210微控制器为载体,充分利用GPRS无线网络传输技术,实现了高速实时信息监测系统的关键设计。 考虑到该系统以后的可扩展性,在设计的过程中硬件部分预留了一部分接口电路以备后续开发使用;软件的设计过程中应该注意的问题和实际操作中出现的一系列问题以及解决办法在文中都有详细的说明,并且软件的基本构架在文章中也有所体现,文章结尾给出了一些系统经实验后在WEB上发布显示的数据。
上传时间: 2013-07-09
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