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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永磁同步电机是同步电机的一个重要类型，其转子一般采用稀土永磁材料做激磁磁极，与传统同步电机相比，体积和重量大为减小，而且结构简单，运行可靠，维护更方便。现代电气传动控制的发展趋势之一是开发新的交流调速与伺服系统。无论在矢量控制还是标量控制中，转速与位置的闭环控制都需要在电机轴上安装一个速度传感器，但是由于速度传感器的引进不仅增加了成本，降低了系统可靠性，还存在安装问题，效果并不十分理想。因此高性能无速度传感器控制成为近年来电机研究的热点。 本文在系统介绍卡尔曼滤波器的基础上，将其引入到永磁同步电机无速度传感器状态观测中。由于永磁同步电机是一个强耦合的多阶非线性系统，本文采用了工程实际中普遍采用的泰勒展开式截断的方法，对电机方程线性化处理，将卡尔曼滤波算法推广至非线性系统，并加入了反映电机系统模型误差和环境干扰的系统噪声和测量噪声模型，形成扩展卡尔曼滤波算法。扩展卡尔曼滤波器将电机转子位置与转速作为系统状态变量进行实时估算，并将所得信息反馈到永磁同步电机控制系统中。通过仿真，与电机实际运行状态进行比较，证明了扩展卡尔曼滤波具有良好的动态跟踪能力和抗噪声能力。 针对扩展卡尔曼滤波算法在无速度传感器控制中存在的不足，本文给出了降阶线性卡尔曼滤波算法。降阶线性卡尔曼滤波算法重新选择了系统状态变量，建立新的完全线性化的系统方程，并且卡尔曼滤波算法中的系统协方差矩阵成为时不变序列，因此可以直接应用线性卡尔曼滤波算法。仿真结果证明，与扩展卡尔曼滤波算法相比，新的算法更加简单，减轻了繁重的参数调节任务，易于数字化实现，不仅具备扩展卡尔曼滤波算法的优势，而且在某些性能方面超越了扩展卡尔曼滤波算法。 通过分析得知，由于将系统模型不确定性与测量噪声体现在系统方程中，因此卡尔曼滤波算法在状态估算方面具有良好的性能。本文以降阶线性卡尔曼滤波 算法为理论基础，以永磁同步电机为对象，以数字信号处理器（DSP）为核心，设计了电机状态观测系统的设计方案。整个方案在不增加成本的基础上，充分利用数字信号处理器（DSP）丰富的资源和强大的运算能力，通过检测电机相电流，实时估算出电机转子位置与转速。本系统可以代替传统速度传感器，为电机控制系统提供转子位置和转速反馈信息。本文的下一步主要工作便是将此系统付诸实践，应用于实际工程中，对卡尔曼滤波算法在永磁同步电机无速度传感器控制方面的性能进行进一步研究。关键词：永磁同步电机；无速度传感器；卡尔曼滤波
上传时间： 2013-04-24
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本文分析了永磁同步直线电动机的运行机理与运行特性，并通过坐标变换，分别得出了电机在a—b—c，α—β、d—q坐标系下的数学模型。针对永磁同步直线电机模型的非线性与耦合特性，采用了次级磁场定向的矢量控制，并使id=0，不但解决了上述问题，还实现了最大推力电流比控制。为了获得平稳的推力，采用了SVPWM控制，并对它算法实现进行了研究。 针对速度环采用传统PID控制难以满足高性能矢量控制系统，通过对传统PID控制和模糊控制理论的研究，将两者相结合，设计出能够在线自整定的模糊PID控制器。将该控制器代替传统的PID控制器应用于速度环，以提高系统的动静态性能。 在以上分析的基础上，设计了永磁同步直线电机矢量控制系统的软、硬件。其中电流检测采用了新颖的电流传感器芯片IR2175，以解决温漂问题；速度检测采用了增量式光栅尺，设计了与DSP的接口电路，通过M/T法实现对电机的测速。最后在Matlab/Simlink下建立了电机及其矢量控制系统的仿真模型，并对分别采用传统PID速度控制器和模糊PID速度控制器的系统进行仿真，结果表明采用模糊PID控制具有更好的动态响应性能，能有效的抑制暂态和稳态下的推力脉动，对于负载扰动具有较强的鲁棒性。
上传时间： 2013-07-04
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三相逆变器作为交流供电电源的主要部分，广泛地应用于电动车、电力设备、产业设备、交通车辆等领域。逆变器的并联控制技术以其广泛的应用前景也得到越来越深入地研究。人们对逆变电源的要求越来越高，高性能、高可靠性的大功率逆变器就是当今逆变电源的发展趋势之一。提高逆变电源容量主要有两个途径，设计大功率的逆变器和采用逆变器并联技术实现电源模块化。 为此，本文以两台400kVA组合式三相逆变器为对象，采用全数字化控制方式，主要研究了大功率三相逆变器的波形控制技术和并联控制技术。本文围绕大功率组合式三相逆变器，对其主电路结构、系统的数学模型、波形控制技术以及并联系统模型、并联控制方案进行了较为详细的分析和研究。分析了适用于大功率的组合式三相逆变器结构，并给出了400kVA组合式三相逆变器的主电路设计。建立和分析了组合式三相逆变器在ABC、αβ、dq 坐标系下的数学模型。针对大功率组合式三相逆变器，采用在dq 坐标系下的三相电压闭环统一控制方案。为了使大功率三相逆变器得到较好的输出电压波形质量，采用PID 瞬时值电压反馈控制和重复控制并联结合的控制方案。分析了PID 控制器和重复控制器的原理，并针对400kVA 三相逆变器的系统性能，给出了相应数字PID 控制器和重复控制器的设计。并利用Matlab 建立了系统的仿真模型，给出了理论研究结果。提出了有效提高系统动态性能的两种方法：加负载电流前馈和动态过程中强制改变改变调制比。介绍了大功率三相逆变器的短路限流保护技术，提出了采用瞬时值限流电路和单独的软件限流环相结合的方案，保证大功率三相逆变器在短路时自动限流保护。对两台大功率三相逆变器组成的并联系统的结构、环流特性及逆变器的输出功率进行了分析。详细分析了输出阻抗特性不同时，逆变器环流和输出功率分配的差异，得出了输出阻抗对环流和功率影响的一般规律。针对大功率三相逆变器并联系统，采用基于功率误差的分散逻辑控制方案。分析了基于功率误差的分散逻辑控制原理，逆变器输出功率的检测和母线信号综合的脉宽调制原理。根据400kVA 三相逆变器并联系统的输出阻抗特性，采用了无功调节输出电压幅值和同步锁相实现相位同步的并联控制策略。 本文最后在两台400kVA组合式三相逆变器样机上得到了实验验证。实验结果进一步验证了大功率三相逆变器的波形控制和并联控制策略有效可行性。
上传时间： 2013-07-03
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氙灯作为高强度气体放电灯，其较好的显色性，高光效等优点大大超过传统的卤钨灯，越来越受到市场的青睐，与其配套的电子镇流器的研制也成了热点。鉴于氙灯复杂的启动特性，与模拟控制相比，数字控制因其较大的灵活性在此控制方面显示了较大的优势。本文将以数字控制的汽车头灯电子镇流器为研究课题，对其一些关键的问题加以研究和探讨。 论文的绪论部分将首先介绍汽车头灯的发展历史，接着对汽车头灯电子镇流器存在的难点问题做简要的分析，指出目前其所处的现状，并结合汽车头灯未来发展趋势谈谈本次课题的可行性和必要性。 第二章首先给出了目前氙灯电子镇流器的基本电路结构，考虑到第一级直流升压变流电路的重要性，较详细讨论了目前具备升压功能的几个典型电路的特点。鉴于氙灯较高的点火要求，对几种典型的点火电路做了分析比较，最后讨论了控制模式及其具体的控制方式。 第三章对汽车头灯电子镇流器进行了全面的设计。依据汽车头灯电子镇流器的主要技术指标，较详细给出了主电路的设计过程，并还对其做了相应的损耗分析及效率估计。接着介绍了单级电压递升式点火电路设计，模数控制方式的原理，及控制回路中典型控制电路的设计，最后通过实际样机的制作，论证其设计的合理性。 第四章详细分析了高强度气体放电灯的启动特性，并根据金卤灯和氙灯各自启动特点及相应要求，分别提出了适合各自启动要求的控制方法。此外，在大量文献阅读的基础上，比较了当前典型的恒功率控制方案。在这个基础上，提出了基于数模混合控制的新型恒功率控制方案。最后通过实验验证了这些控制方法的可行性及正确性。
上传时间： 2013-07-09
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高频开关电源系统具有体积小、重量轻、高效节能、输出纹波小等优点，现已开始逐步成为现代电源系统的主流。但是在传统的开关电源技术中，它通常是采用模拟电路来实现电压或电流控制的。近年来，随着数字信号处理技术的日益完善、成熟，微处理器/微控制器和数字信号处理器性价比的不断提高，数字控制在以实现复杂的控制策略，采用数字控制具有更高的稳定性、可靠性和灵活性，并本文对开关电源的常用拓扑结构、模糊控制、模糊PID控制理论、PWM产生原理进行了研究，在此基础上设计了一种新型数字化的开关电源系统。该系统以TMS320LF2407为控制核心，利用模糊PID控制，建立电压环单环控制结构，直接生成数字PWM波形，经过IR2118驱动主电路的功率开关管(MOSFET)。 本系统采用模糊PID控制策略。该控制策略既能发挥模糊控制的动态响应快、超调量小、较好的适应性的特点，又能发挥PID控制的稳态精度高的优点，能较好的适应开关电源的非线性，实时性控制的需要。整个电源系统以DSP为控制核心，用单个TMS320LF2407 DSP芯片来集中实现电源输出调压和过压过流保护等要灵活地选择不同的控制功能。 另外，本文按照高频开关电源的设计步骤，采用基于DSP的数字控制方式，最后对本开关电源主电路进行了PID控制和模糊PID控制的对比仿真研究。仿真结果表明这种控制策略具有很好的控制性能，算法实现比较简单，同时控制模块设计简单，可靠性高，是一种比较实用、易于实现的控制算法。
上传时间： 2013-07-01
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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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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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高压变频调速技术节能效果显著，多电平逆变器是其常用的一种电路拓扑形式。三电平逆变器能降低功率器件耐压要求、降低谐波含量，普遍地采用电压空间矢量脉宽调制的控制策略。将DSP数字控制技术应用于三电平逆变器不仅简化了系统的硬件结构，提高系统性能，还可以实现系统的优化控制。 本文首先简要介绍了三电平逆变器的拓扑结构和控制策略，并阐述了二极管箝位式三电平逆变器电路结构和电压空间矢量脉宽调制控制策略的实现方法。在此基础上，通过对逆变器的工作过程分析，建立了逆变器的数学模型。并提出了一种能控制逆变器直流侧电容中点电位平衡并且能降低开关损耗的电压空间矢量脉宽调制方法。 本文在综述人工神经网络技术的基础上，提出一种基于复合人工神经网络的电压空间矢量脉宽调制算法，充分利用人工神经网络的快速并行处理能力、学习能力，缩短了计算时间，降低了由控制延时引起的谐波成分。最后在MATIAB/Simulink环境下，结合ANN工具箱建立了仿真模型。仿真结果证明了基于复合人工神经网络算法的可行性。 本文进行了三电平逆变器的主电路、开关器件驱动电路、电流电压检测电路和保护电路等的设计。根据三电平逆变器主电路功率开关多，驱动信号不能共地的特点，本文设计一种利用光耦隔离驱动功率开关器件的驱动保护电路，降低电磁干扰，并在过流等异常情况下实时保护功率开关器件。最后以TMS320LF2407DSP为数字控制平台，实现了三电平逆变器的电压空间矢量脉宽调制控制策略。
上传时间： 2013-07-07
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随着永磁同步电机在许多领域得到广泛应用，对永磁同步电机的研究成为一种必然的发展趋势，具有实际的意义和价值。本文采用TI公司专用于电机控制的TMS320F240型数字信号处理器作为核心，开发了全数字化的永磁同步电机矢量控制调速系统的软件，并在改进的清华电机控制试验平台上进行了带机试验，结果验证了系统设计方案的可行性。 本文首先深入的研究了永磁同步电机的矢量控制理论，建立了永磁同步电机数学模型，并在此基础上讨论了永磁同步电机的矢量控制调速方案；然后，以清华电机控制试验平台为基础介绍了控制系统硬件结构，其中主要论述了控制电路各部分及外围辅助电路的设计和调试。在硬件的基础上，软件采用汇编语言编程，实现了转速和电流双闭环矢量控制，并给出了系统主程序和PWM下溢中断处理程序流程图，永磁同步电机矢量控制的主要控制策略如转子相位的初始化、电流采样、速度位置采样、矢量坐标变换、sinθ、cosθ值生成、PI调节、空间电压矢量(SVPWM)模块等都是在PWM下溢中断服务子程序中完成的。为达到数值的统一，对软件中所采用的参数进行了定标。最后在基于硬件平台的基础上，对软件进行带机调试，试验表明电机能快速响应并跟踪给定转速，从而证明整个系统设计的正确性。 另外，本文还在MATLAB／SIMULINK的基础上，建立采用模糊神经网络控制器的永磁同步电机的仿真模型，仿真结果表明：该控制系统具有较好的位置响应和抗干扰能力强。 在论文的最后，对全文的工作做了总结。
上传时间： 2013-07-27
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