风光互补发电系统作为新能源技术应用的重要组成部分越来越受到人们的青睐,所以将此作为新能源研究的切入点,进行一些有益的尝试和探索。 本文从太阳能电池的光生伏打效应入手,推导出太阳能电池的U-I曲线,并以此作为最大功率跟踪(MPPT)技术的理论基础。针对小风机的发电技术也存在的MPPT技术,文章进行了统一性研究,给出了新的控制策略--变步长扰动观察控制。为了提高系统的充放电效率,文章还对三段式充放电、均衡充电、温度补偿等蓄电池充电理论进行了阐述。 根据上述理论,结合工程实际,设计了风光互补控制器的电路。利用电压霍尔和电流霍尔实现了风机电压、太阳能电池电压、蓄电池电压和充电电流的实时采样,利用TMS320F2812DSP的EVA与AD模块软件实现对蓄电池欠压、过压、运行等模式的智能充放电管理。针对风力发电机的输出电压波动大的问题,系统提供了硬件和软件的风机过速智能保护系统。本系统采用MPPT的控制策略提高了整个系统的效率,设计提供了一套LCD显示界面和一组LED指示灯增强系统管理的友好性。为了解决风光互补控制器芯片的供电问题,设计了一套以UC3843PWM芯片为核心的反激式辅助电源。该电源用硬件实现了电流内环、电压外环的双环控制策略,提高了系统供电的可靠性和稳定性。 研制出了一台风光互补控制器样机,进行了有关实验、检测与调试。实验波形和数据都显示该系统运行稳定可靠,达到了设计要求。该方案可为风光互补控制器的工程设计提供一定的参考。
上传时间: 2013-04-24
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心音信号是人体最重要的生理信号之一,包含心脏各个部分如心房、心室、大血管、心血管及各个瓣膜功能状态的大量生理病理信息。心音信号分析与识别是了解心脏和血管状态的一种不可缺少的手段。本文针对目前该研究领域中存在的分析方法问题和分类识别技术难点展开了深入的研究,内容涉及心音构成的分析、心音信号特征向量的提取、正常心音信号(NM)和房颤(AF)、主动脉回流(AR)、主动脉狭窄(AS)、二尖瓣回流(MR)4种心脏杂音信号的分类识别。本文的工作内容包括以下5个方面: a)心音信号采集与预处理。本文采用自行研制的带有录音机功能的听诊器实现对心音信号的采集。通过对心音信号噪声分析,选用小波降噪作为心音信号的滤波方法。根据实验分析,选择Donoho阈值函数结合多级阈值的方法作为心音信号预处理方案。 b)心音信号时频分析方法。文中采用5种时频分析方法分别对心音信号进行了时频谱特性分析,结果表明:不同的时频分析方法与待分析心音信号的特性有密切关系,即需要在小的交叉项干扰与高的时频分辨率之间作综合的考虑。鉴于此,本文提出了一种自适应锥形核时频(ATF)分析方法,通过实验验证该分布能较好地反映心音信号的时频结构,其性能优于一般锥形核分布(CKD)以及Choi-Williams分布(CWD)、谱图(SPEC)等固定核时频分析方法,从而选择自应锥形核时频分析方法进行心音信号分析。 c)心音信号特征向量提取。根据对3M Littmann() Stethoscopes[31]数据库中标准心音信号的时频分析结果,提取8组特征数据,通过Fihser降维处理方法提取出了实现分类可视化,且最易于分类的心音信号的2维特征向量,作为心音信号分类的特征向量。 d)心音信号分类方法。根据心音信号特征向量组成的散点图,研究了支持向量机核函数、多分类支持向量机的选取方法,同时,基于分类的目的 性和可信性,本文提出以分类精度最大为判断准则的核函数参数与松弛变量的优化方法,建立了心音信号分类的支持向量机模型,选取标准数据库中NM、AF、AR、AS、MR每类心音信号的80组2维特征向量中每类60组数据作为支持向量机的学习样本,对余下的每类20组数据进行测试,得到每类的分类精度(Ar)均为100%,同时对临床上采集的与上述4种同类心脏杂音信号和正常心音信号中每类24个心动周期进行分类实测,分类精度分别为:NM、AF、MR的分类精度均为100%,而AR、AS均为95.83%,验证了该方法的分类有效性。 e)心音信号分析与识别的软件系统。本文以MATLAB语言的可视化功能实现了心音信号分析与识别的软件运行平台构建,可完成对心音信号的读取、预处理,绘制时-频、能量特性的三维图及两维等高线图;同时,利用MATLAB与EXCEL的动态链接,实现对心音信号分析数据的存储以及统计功能;最后,通过对心音信号2维特征向量的分析,实现心音信号的自动识别功能。 本文的研究特色主要体现在心音信号特征向量提取的方法以及多分类支持向量机模型的建立两方面。 综上所述,本文从理论与实践两方面对心音信号进行了深入的研究,主要是采用自适应锥形核时频分析方法提取心音信号特征向量,根据心音信号特征向量组成的散点图,建立心音信号分类的支持向量机模型,并对正常心音信号和4种心脏杂音信号进行了分类研究,取得了较为满意的分类结果,但由于用于分类的心脏杂音信号种类及数据量尚不足,因此,今后的工作重点是采集更多种类的心脏杂音信号,进一步提高心音信号分类精度,使本文研究成果能最终应用于临床心脏量化听诊。 关键词:心音信号,小波降噪,非平稳信号,心脏杂音,信号处理,时频分析,自适应,支持向量机
上传时间: 2013-04-24
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本文设计的变频调速恒压供水系统由上位机、PLC、变频器、压力变送器等组成。本系统包含三台水泵电动机,采用通用变频器来实现对三相水泵电动机组的软启动和变频调速,运行切换采用“先开先停”的原则。压力变送器检测当前水压信号,送入PLC与设定值经PID比较运算,从而控制变频器的输出电压和频率,进而改变水泵电动机组的转速来改变供水量,最终保持管网压力恒定在设定值附近。把模糊控制算法引入到控制系统中,从而改善了系统的静动态特性。 模糊控制是一种不依赖于被控过程数学模型的仿人思维的控制技术。它可以利用领域专家的操作经验或知识建立被控系统的模糊规则,有较好的知识表达能力。但传统的模糊控制同PID算法一样,均为“事后调节”,因而对大迟延对象的控制效果不是很理想。预测控制的核心是不仅注意过去及现在的目标值,而且注意将来的目标值,使受控量和目标值的偏差尽可能地小,从而提高系统的控制性能。预测控制和模糊控制是各自独立发展起来的两类控制方法,在二者充分发展的基础上,提出将预测的思想和模糊的思想结合起来,形成一种新的控制方法——模糊预测控制FPC。 本文将FPC技术应用于供水系统,设计出自调整修正因子模糊PID控制器,克服了传统PID控制设计中的参数调整困难的问题。模糊PID控制是在大误差范围内采用模糊控制,以提高动态响应速度;在小误差范围内采用PID控制,引入积分控制作用以消除静态误差,提高控制精度。本设计通过变频调速实现恒水压控制,并针对系统的时滞特点采用Smith预估控制器进行补偿。利用Matlab对其模型进行仿真,仿真结果与传统控制算法相比较,该算法具有鲁棒性好,实现简单,易于在线调整等优点,系统响应曲线没有超调,系统的建立时间比较短,抗干扰能力强。 通过对上位机和PLC之间通信的分析和研究,完成了上、下位机的通信设置,给出了上位机监控程序编写方法,通过通信模块实现了对供水系统的远程监控及故障报警。 所开发的系统将FPC与PLC相结合,克服了传统的调节器的缺点,充分发挥了PLC控制灵活、编程方便、适应性强的优点,提高了控制的精确度。实验结果表明,该系统能对异步电动机转速实现精确控制,实用性强,具有一定的推广价值。
上传时间: 2013-05-19
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无刷直流电动机利用电子换相器代替了直流电动机的机械电刷和换向器,不但具有直流电机的调速性能,而且体积小、效率高,在许多领域已得到了广泛应用。采用无位置传感器控制技术,不但可以克服有位置传感器的诸多弊端,而且还进一步拓展了无刷直流电动机的应用领域。近些年来,无位置传感器无刷直流电动机控制技术成为大家研究的热点之一。 本课题紧扣研究热点,以方波无刷直流电动机为控制对象,设计了一套无位置传感器无刷直流电动机控制系统。该系统采用TMS320LF2407ADSP芯片作为控制核心,运用反电动势过零点检测原理和预定位与升频升压相结合的启动方法,实现无位置传感器无刷直流电动机的控制。为了提高系统的调速性能,控制方法采用了转速、电流双闭环控制。 首先,本文研究了无刷直流电动机的基本结构、性能、工作原理及数学模型,利用数学模型在Matlab/Simulink环境中建立无刷直流电动机的仿真模型。接着,给出了系统总体的设计方案,对控制系统设计中的几个关键技术--反电动势过零点及其相位补偿原理、启动、单神经元PID转速控制器以及PWM产生电路进行了深入的研究。 然后,根据控制系统总体方案和系统功能要求,进行软硬件设计。在硬件设计中,主要进行了DSP最小系统、电流和转子位置检测电路、IR2130驱动电路等方面电路的设计。在软件设计中,主要设计出了主程序和A/D中断程序。其中,主程序包括DSP系统设置、变量初始化、电机正反转选择、电机启动、速度计算及显示等方面程序;A/D中断程序包括反电动势计算、换相时刻计算、电流转速调节子程序等方面程序。 最后,经实验结果表明,电机启动快速、稳定,具有较宽的调速范围。同时,该系统还具有结构简单、可靠性高等特点,具有广泛的应用前景。
上传时间: 2013-07-08
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近年来,电源技术无论在理论研究,还是生产应用方面都取得了许多成果和长足的进步。开关电源的研究涉及电力电子、自动控制等技术领域,软开关、高效率是开关电源的重要研究方向。因此,PFC技术和软开关PWM技术作为成熟的技术,近些年来在中、小功率乃至大功率开关电源中得到普遍的应用。 本文研究设计了一种具有功率因数校正和软开关技术的高效率开关电源。该开关电源主要分为两个部分,前一部分为单相有源功率因数校正电路,后一部分为采用移相控制软开关技术的全桥变换器。 论文首先介绍了开关电源技术的发展以及涉及到的技术领域,然后阐述了现阶段几种提高开关电源技术的新方法,最后详细叙述了整个系统的设计。在详细分析和研究单相有源功率因数校正原理的基础上,设计出有源功率因数校正电路,并给出电路中升压电感的设计方法。同时,设计出了大功率移相控制全桥软开关PWMDC/DC变换器,详细的研究了实现ZVS的条件。最后研制出了实验样机,并给出了实验样机的功率因数校正电路和移相全桥软开关变换电路的实验波形。
上传时间: 2013-04-24
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随着“节能环保”概念的提出,以解决电力紧张,环境污染等问题为目的的新能源利用方案得到迅速的推广,使得分布式发电备受关注,即将成为世界各国重要的发电形式。带有分布式电源的配电网及电力电子装置的大量应用致使电能质量下降,如何将分布式发电系统的能量回馈至电网的同时有效改善电能质量是一个重要的问题,因此在分布式发电系统中起电能变换作用的逆变器成为研究的一个热点。本篇主要以电压型并网逆变器为研究对象,对并网逆变器的拓扑结构、控制策略、参数的选择、并网实验等方面作出了详细的分析和研究。 首先根据带有分布式发电的配电网的特点提出一种新的谐波治理思路,即将改善电能质量的有源滤波技术结合到分布式逆变电源中,设计一种新型的多功能并网逆变器。用开关函数法建立了并网逆变器小信号数学模型,确定了以PI闭环调节为核心的复合控制策略,同时为了使输出电流控制达到更好的效果,采用电网电压前馈补偿方法抵消电网电压扰动对并网电流的影响;基于瞬时无功功率的id-iq谐波电流检测算法能精确检测和分离所需要的有功和谐波分量;基于DSP的软件锁相控制算法能实现并网电流与电网电压同频同相。 其次对并网逆变器控制系统的软硬件进行了分块设计:对逆变系统的A/D转换电路、逆变驱动电路、PWM信号发生电路等电路进行了详细地分析和说明。利用DSP主控芯片TMS320LF2407A内部的SCI异步串行通信接口实现了逆变器的人机交互功能,利用其内嵌的CAN控制模块实现了逆变器的并机通信功能;同时在TI DSP2000的运行环境下给出控制系统的主程序和周期中断子程序流程。 最后开发了以功率器件IPM构成的三相PWM变流桥主电路的多功能逆变电源实验平台和相关配套辅助电路,完成了逆变电源的输出有功功率及消除谐波的实验并给出了装置样机的实物图以及实验波形图。验证了逆变器工作原理分析的正确性和系统设计思路的可行性。 本文所做工作拓宽了带有分布式发电的配电网谐波治理的思路,对推动我国节能供电、新能源的利用以及改善电网电能质量等方面具有一定的理论意义和较强的实用价值。
上传时间: 2013-06-06
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在能源枯竭与环境污染问题日益严重的今天,风力发电已经成为绿色可再生能源的一个重要途径。双馈电机变速恒频(VSCF)发电是通过对转子绕阻的控制来实现的,而转子回路流动的功率是由发电机运行范围所决定的转差功率,因而可以将发电机的同步转速设定在整个运行范围的中间。如果系统运行的转差率范围为±30%,则最大转差功率仅为发电机额定功率的30%,因此交流励磁变换器的容量可大大减小,从而降低成本。该变换器如果加上良好的控制策略,则系统运行将具有优越的稳态和暂态运行性能,非常适用于风能这种随机性强的能源形式。本文对变速恒频双馈机风力发电系统的若干关键技术,如空载柔性并网、带载柔性并网、解列控制、最大功率点跟踪、电网电压不平衡运行、低电压故障穿越等问题进行了深入研究,论文的主要工作如下: 根据交流励磁变速恒频风力发电的运行特点,将电网电压定向的矢量控制方法应用在双馈发电机的并网发电控制上。研究了一种基于电网电压定向的双馈机变速恒频风力发电柔性并网控制策略,在变速条件下实现无电流冲击并网和输出有功、无功功率的解耦控制,建立了交流励磁发电机柔性并网及稳态运行的控制模型,对柔性并网及其逆过程的解列分别进行了仿真和实验研究。 提出了一种以向电网输送净电能最多为目标的最大功率点跟踪控制策略,在不检测风速情况下,能够自动寻找并跟随最大功率点,且不依赖风力机最佳功率特性曲线,提高了发电系统的净输出能力,具有良好的动、静态性能。仿真和实验结果证明了本控制策略的正确性和有效性。 对网侧变换器分别进行了幅相控制和直接电流控制策略的研究。结果表明:幅相控制策略简单实用,可以得到正弦波电流,且波形谐波小,实现了单位功率因数运行,但响应速度相对较慢;而直接电流控制策略具有网侧电流闭环控制,使网侧电流动、静态性能得到提高,实现对系统参数的不敏感,增强了电流控制系统的鲁棒性,但算法相对复杂。 在电网不平衡条件下,如果以传统的电网电压平衡控制策略设计PWM整流器,会使系统出现不正常的运行状态。为了提高三相PWM整流器的运行性能,本文对电网电压不平衡情况下三相PWM整流器运行控制策略进行了改进,研究了消除负序电流和抑制输入功率二次谐波的控制策略,实现了线电流正弦、负序输入电流为零及总无功功率输入为最小的目标。 为了提高VSCF风力发电系统的运行能力,本文对电网故障时双馈风力发电系统低电压穿越控制(LVRT)进行了研究,在不改变系统硬件结构的情况下,通过改变励磁控制策略来实现LVRT;在电网故障时使电机和变换器安全穿越故障,保持不脱网运行,提高系统的稳定性和安全性。
上传时间: 2013-07-09
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世界环境的日益恶化和传统能源的日渐枯竭,促使了对新能源的开发和发展。具有可持续发展的太阳能资源受到了各国的重视,各国相继出台的新能源法对太阳能发展起到推波助澜的作用。其中,光伏并网发电具有深远的理论价值和现实意义,仅在过去五年,光伏并网电站安装总量已达到数千兆瓦。而连接光伏阵列和电网的光伏并网逆变器便是整个光伏并网发电系统的关键。 本文根据逆变器结构以及光伏发电阵列特点,提出了基于DC-DC和DC-AC两级并网逆变器的结构。基于DC-DC和DC-AC电路的相对独立性,分别对DC-DC和DC-AC进行详尽分析,并提出了新的控制策略。在DC-DC转换器中,采用了Boost电路对太阳能阵列输出电压进行调制,并对系统进行最大功率点跟踪。针对固定电压法和扰动法跟踪最大功率点的缺点,提出三点最小二乘最大功率点跟踪的新算法,实验证明了该算法能够准确而迅速的跟踪系统最大功率点,从而提高系统的利用率,稳定系统的输出电压。在DC-AC转换器中,采用输出电流控制,根据正弦脉冲宽度调制的缺点,提出空间矢量脉冲宽度调制方法对逆变器进行控制,从而提高直流侧电压的利用率,减少谐波。基于SVPWM的控制原理,建立系统模型,结果表明输出电流与电网电压保持同相位,从而证明了该控制算法的可行性。 在提出新的控制策略的基础上,对2kW的三相并网逆变器进行硬件设计,包括主电路DC-DC和DC-AC,驱动电路以及电压电流检测电路,过零检测电路等,为类似结构的光伏并网逆变器提供了设计参考。
上传时间: 2013-07-16
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本文研究了高频感应加热电源的锁相控制技术。分别建立了定角与定时控制技术的MOSFET电压型谐振逆变器仿真模型,分析比较了两者的优缺点,从而得出了定角控制技术为较优的结论;通过理论分析与实验测量MOSFET损耗的方法对最优锁相角度的选取进行了探索;最后设计了以DSP为核心的定角锁相控制电路,并运用MATLAB软件进行了仿真研究以及DSP代码自动生成,验证了方案的可行性。这种控制方法可以使逆变器工作在小感性准谐振状态,降低了MOSFET损耗,具有线路简单、响应迅速、控制灵活等优点,为工程运用打下了坚实的基础。
上传时间: 2013-05-29
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异步电动机直接转矩控制技术是近年来发展起来的一种新型、高性能交流调速技术。它利用电压源型逆变器的工作过程,控制定子磁链的走或停,即调整定子磁链与转子磁链的夹角大小,从而对电机转矩进行直接控制以获得良好的动态性能。 论文首先探讨了直接转矩控制技术的现状和发展趋势,阐述了直接转矩控制的基本原理,分析了常用的圆形磁链轨迹控制方法,详细介绍了直接转矩控制系统主要模块的设计和实现。在分析交流异步电机动态数学模型、转矩和磁链计算方程的基础上,分析了直接转矩控制的异步电动机在低速运行时存在转矩脉动和转速波动较大的问题。基于占空比控制和离散占空比控制的异步电动机直接转矩控制方法,由电机电磁转矩公式和合成电压矢量理论推导了直接计算占空比的方法,在不影响系统各方面性能指标的情况下使降低转矩脉动的计算量大大减少,方便了计算和使用。两种方法均具有系统结构简单、占空比计算量小等优点。研究结果验证了这两种方法的正确性和有效性。在第一种方法中加入了单神经元控制器,使系统的动静态性能得到了提高。接着对利用空间电压矢量调制的直接转矩控制系统进行了研究。仿真结果表明此种方法能够有效的降低转矩脉动,使系统性能得到提高。 以TMS320F2812DSP为CPU搭建了直接转矩控制硬件实验平台,调试了硬件电路。编写了相关软件流程图和程序清单。
上传时间: 2013-04-24
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