随着电力电子技术的迅速发展和推广应用，利用计算机仿真对电力电子电路进行分析和研究得到了日益广泛的重视。尽管目前一些仿真软件都有比较强大的功能，可以利用它们来完成某些电力电子装置的某些分析工作，但是由于器件模型的限制和电力电子装置负载的复杂性，使得这些软件并不能完成对于电力电子装置所要进行的所有分析要求，特别是当其被用于电力电子装置故障运行的仿真。针对上述问题，本论文在研究器件建模方法和装置仿真方法的基础上，运用C++语言开发了一个可专门用于电力电子装置仿真分析的程序。 本课题首先对于各种电力电子器件进行建模。在对各种元器件特性深入研究的基础上利用已知的电路原理和建模方法，抓住各具体电力电子器件的主要特征，建立其电路及逻辑仿真模型。由于本论文中研究的是电力电子装置作为一个整体的特性，所以在对器件电路模型的建模过程采用高层次的电路模型，即理想开关模型和双极性电阻模型。器件的逻辑模型则是通过皮特里网络来实现，根据仿真的目的可建立不同精细程度的逻辑模型。因为器件逻辑模型的建模过程中采取的逐步细化的原则与面向对象程序设计中自顶而下，逐步求精的思想不谋而合，所以在仿真程序中采用C++语言对所建立的器件模型进行描述。 针对电力电子装置的非线性，病态特性和其负载的复杂性，使用阶段仿真的思想进行程序设计。确定了仿真程序的总体结构，并实现了程序的模块化设计。利用通用的状态变化检测模块和兼容性检测模块在程序中确定电路结构发生变化的精确时刻，它们独立于具体的电路结构。状态方程模块和输出方程模块虽然与具体的电路结构相关，但是亦可将其设计为模块的形式，针对不同的电路结构仅需改变模块中对于状态方程和输出方程的描述。鉴于数值计算方法对于仿真结果的重要性，本论文中讨论了几种数值积分方法的特点及适用范围，并在程序用编写了几种常用的算法，以供用户选择。通过对于瓦格纳斩波器、三相全控整流桥和三相半控整流桥的仿真验证仿真程序的正确性和实用性。
上传时间： 2013-07-16
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与传统的径向磁通圆柱式电机相比，轴向磁通的盘式无铁心永磁同步电机有着许多明显的优点：其结构较为简单，加工及装配费用低，电机运行可靠，不需励磁电流，提高了电机的效率和功率密度。盘式电机永磁化是一种发展趋势，而稀土材料是其首选的永磁材料。我国已研制出盘式永磁同步电机，但还处于试制阶段，要实现产品化，还有许多研究课题亟待解决。 本文主要针对该电机的气隙磁密进行分析，对影响气隙磁密的各种因素展开了研究。具体内容如下： 1) 回顾了永磁电机的研究历史、发展现状和主要应用，对永磁材料的性能及选取、聚磁技术、电机磁场计算所需理论和有限元软件进行了介绍。 2) 将电机内的电磁场、有限元软件和盘式无铁心永磁电机特殊结构相结合，设计出了近二十个有限元计算程序，组成一个针对盘式无铁心永磁同步电机的计算软件包，由这些计算程序出发，对盘式无铁心永磁同步电机进行一系列仿真分析计算。 在绘制气隙磁密三维分布图时，由于有限元软件在绘图方面的限制，需要将气隙磁密数据从有限元软件中导出到文本文件，再由其它数学工具进行气隙磁密的三维图形绘制。在这一过程中由于导出数据格式与绘图工具所需数据格式不能兼容，还需要对导出数据进行处理。由于有限元软件导出的数据量很大，如果对这些数据进行人工整理将增加大量的工作量，所以作者在研究过程中，针对导出数据的特点编写了一个Vb数据处理程序，使数据处理工作得到大大简化。 3) 在上述建立的软件包的基础上，对基于Halbach阵列的盘式无铁心永磁同步电机进行了一系列系统分析，其中包括三维开域磁场分析、永磁体厚度对电机气隙磁密的影响及分析、永磁体宽度变化时气隙磁场分析、采用不同角度Halbach阵列时的气隙磁密分析、不同半径处气隙磁密分析，为在电机设计过程中永磁体的设计提供了依据。 4) 在对盘式无铁心永磁同步电机磁场进行详尽的分析的基础之上，本文提出了对该电机的新设计方案，并就此方案进行了建模分析，结果表明，此新方案所得到的气隙磁密比原结构的气隙磁密更为理想。此外，还对新模型从定性的角度进行了涡流损耗分析，分析表明其结构有利于减小涡流损耗。
上传时间： 2013-04-24
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电气化铁道牵引网在网络拓扑结构、电气元件上具有特殊性，开展数学模型和电气参数研究对掌握其电气性能具有重要意义。 本文主要介绍了电气化铁道牵引网基波与谐波的模型建立与电气参数计算。 借用电力系统中的成熟计算方法，并结合牵引网的拓扑结构和导线的特殊性，阐述了多导体传输线的串联阻抗和并联导纳矩阵的计算方法，给出了计算实例。 各种供电方式的牵引网都可等效成多导体传输线的供电网络，网络上的各种电气参数均可视为串联元件和并联元件。牵引网的均匀多导体传输线采用等值Ⅱ型电路，对其它各种串联与并联元件也分别建模。 用C＃语言编制了牵引网模型仿真计算软件，实现了谐波在牵引网中的分布计算。为计算程序设计了良好的人机界面，通过界面可以完成牵引网的参数输入与外部数据读取，计算结果再用.csv格式输出。其中，详细介绍了LU三角算法。 最后，结合京哈线蓟县南牵引变电所供电区段高次谐波谐振测试，分析了牵引网参数对高次谐波谐振的影响，说明了谐振的原因并给出了治理措施。利用程序进行了仿真计算，验证了程序的可用性。
上传时间： 2013-07-23
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微机电系统（MEMS）器件的构成涉及微电子、微机械、微动力、微热力、微流体学、材料、物理、化学、生物等多个领域，形成了多能量域并交叉耦合。为其产品的建模、仿真以及优化设计带来了较大的难度。由于静电驱动的原理简单使其成为MEMS器件中机械动作的主要来源。而梳齿结构在MEMS器件中有广泛的应用：微谐振器、微机械加速度计、微机械陀螺仪、微镜、微镊、微泵等。所以做为MEMS的重要驱动方式和结构形式，静电驱动梳齿结构MEMS器件的耦合场仿真分析以及优化设计对MEMS的开发具有很重要的意义。本课题的研究对静电驱动梳齿结构MEMS器件的设计具有较大的理论研究意义。 本文的研究工作主要包括以下几个方面： 1、采用降阶宏建模技术快速求解静电梳齿驱动器静电－结构耦合问题，降阶建模被用于表示微谐振器的静态动态特性。论文采用降阶建模方法详细分析了静电梳齿驱动器的各参数对所产生静电力以及驱动位移的关系；并对静电梳齿驱动器梳齿电容结构的静电场进行分析和模拟，深入讨论了边缘效应的影响；还对微谐振器动态特性的各个模态进行仿真分析，并计算分析了前六阶模态的频率和谐振幅值。仿真结果表明降阶建模方法能够快速、准确地实现多耦合域的求解。 2、从系统角度出发考虑了各个子系统对叉指式微机械陀螺仪特性的影响，系统详细地分析了与叉指状微机械陀螺仪性能指标－灵敏度密切相关的结构特性、电子电路、加工工艺和空气阻尼，并在此分析的基础上建立了陀螺的统一多学科优化模型并对其进行多学科优化设计。将遗传算法和差分进化算法的全局寻优与陀螺仪系统级优化相结合，证实了遗传算法和差分进化算法在MEMS系统级优化中的可行性，并比较遗传算法和差分进化算法的优化结果，差分进化算法的优化结果较大地改善了器件的性能。 3、从系统角度出发考虑了各个子系统对梳齿式微加速度计特性的影响，在对梳齿式微加速度计各个学科的设计要素进行分析的基础上，对各个子系统分别建立相对独立的优化模型，采用差分进化算法和多目标遗传算法对其进行优化设计。证实了差分进化算法和多目标遗传算法对多个子系统耦合的系统级优化的可行性，并比较了将多目标转换为单目标进行优化和采用多目标进行优化的区别和结果，优化结果使器件的性能得到了改善。
上传时间： 2013-05-15
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永磁同步发电机由于一系列高效节能的优点，在工农业生产、航空航天、国防和日常生活中得到广泛应用，并且受到许多学者的关注，其研究领域主要涉及永磁同步发电机的设计、精确性能分析、控制等方面。 本课题作为国家自然科学基金项目《无刷无励磁机谐波励磁的混合励磁永磁电机的研究》的课题，主要研究永磁电机的电磁场空载和负载计算，求出永磁电机的电压波形和电压调整率，为分段式转子的混合励磁永磁电机的研究奠定基础，主要做了以下工作： 首先介绍了永磁同步发电机的基本原理，包括永磁同步发电机的结构形式和永磁同步发电机的运行性能，采用传统解析理论给出了电压调整率的计算方法及外特性的计算模型；然后用有限元ANSYS对永磁同步发电机样机进行实体建模，经过定义分配材料、划分网格、加边界条件和载荷、求解计算等，得到矢量磁位Az、磁场强度H、磁感应强度B等结果，直观地看出电机内部的磁场分布情况。 其次根据电磁场计算结果，应用齿磁通法对其进行后处理。该方法求解转子在一个齿距内不同位置处的磁场，以定子齿的磁通为计算单位，根据绕组与齿的匝链关系，计算出磁链随时间的变化，进而得到永磁同步发电机空、负载时电压大小及波形。通过计算结果写实验结果对比，验证了齿磁通法的正确性，为计算永磁同步发电机各种性能特性提供有力工具。 最后，基于齿磁通法对永磁同步发电机的外特性进行了深入研究，定量分析了结构参数对外特性的影响规律，提出了有效降低电压调整率的方法的是：增加气隙长度g的同时，适当增加永磁体的磁化方向的长度hm；此外，要尽量的减少每相串联匝数N和增大导线面积以减小阻抗参数。通过改变电机的结构参数，对其电磁场进行计算，找到永磁电机电压调整率的变化规律，为加电励磁的混合励磁永磁电机做准备，达到稳定输出电压的目的。
上传时间： 2013-04-24
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近年来，随着工农业的迅速发展，世界能源消耗速度急剧增加。因此，新能源和节能技术的开发已经成为世界各国科技工作者的当务之急。而机车制动能量回收系统是目前国内外节能技术方面研究的热点之一。 超级电容作为一种新型电荷储能元件，具有大容量、大电流快速充放电、寿命长和无污染等特性。这些独特的优点使其在储能和能量回收方面有着广阔的应用前景。但是由于超级电容单体电压的差异，如不对其进行实时检测，在使用过程中将对整个组件的性能造成极大的影响。另外对超级电容内部特性的不了解也会对其使用造成障碍。 对超级电容电压检测方案的研究和对超级电容时域模型的研究，将为超级电容的电压均衡方案和超级电容的电参数分析提供支持，从而为整个能量回收系统的控制策略提供理论依据。因此以上两方面的研究将是整篇论文的核心内容。 本文采用模块化的设计理念，提出了一种兼顾均压的新型电压检测方案。在软件设计方面，对电压检测系统的软件架构进行分析，利用LabVIEW和ZLGCAN驱动函数包设计了友好的上位机软件监控界面。本文利用误差理论相关知识，对超级电容电压检测电路的误差精度进行了详细分析。 本文对两种超级电容时域模型进行建模和参数推导，并通过试验验证了所建模型的正确性。
上传时间： 2013-05-16
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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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随着环境污染和能源短缺问题的日趋严重，寻找一种储备大、无污染的新能源已经上升到世界各国的议事日程。太阳能作为当今最理想环保的能源之一，已经得到了人类越来越广泛的应用。本文以光伏（Photovoltaic—PV）并网发电系统为研究对象，以最大限度利用太阳能、无污染回馈电网为主要目标，开展了光伏并网发电系统的理论研究和仿真，具有重要的现实意义。光伏并网逆变器是光伏并网发电系统中必不可少的设备之一，其效率的高低、可靠性的好坏将直接影响整个光伏发电系统的性能和投资。本文主要研究适用于并网型光伏发电系统的逆变器。 本文以一个完整的光伏并网发电系统为研究对象，重点对单相光伏并网系统进行了全面的分析，并从并网系统的主电路拓扑、控制策略、孤岛效应以及系统的可靠性分析几个方面做了详细的分析和仿真实验。 首先，介绍了国内外光伏并网发电产业的现状，并对光伏并网发电系统的组成结构、优缺点、发展趋势及光伏并网发电系统对逆变器的要求做了简单介绍，对光伏并网发电系统建立了总体认识。 其次，讨论研究了逆变器主电路的拓扑形式，并根据实际情况，选择了无变压器的两级结构，即前级DC/DC变换器和后级DC/AC逆变器，两部分通过DClink连接。前级的DC/DC模块采用Boost拓扑结构，后级的DC/AC逆变器采用逆变全桥实现逆变，向电网输送功率。讨论确定了逆变器输出电流的控制方式，并最终确定了光伏并网发电系统的总体方案。高性能的数字信号处理器芯片（Digital Signal Processor—DSP）的出现，使得一些先进的控制策略应用于光伏并网的控制成为可能。本文以TI公司的数字信号处理器芯片TMS320F2812为核心，设计了控制电路并给出了驱动电路、保护电路的设计以及系统的电磁兼容设计思想。应用MATLAB/Simulink中的工具箱搭建了整个电路模型，进行了仿真实验研究。 再次，我们已经知道孤岛效应问题关系到光伏并网发电系统的安全问题。本文分析了孤岛效应产生的原因、对电网的危害和目前各种常用的被动和主动及外部孤岛效应的检测方法。根据本文涉及的光伏并网发电系统的特点，采用了电压前馈正反馈检测孤岛的方法，然后详细介绍了该方法的原理和实现过程， 并给出了逆变器的反孤岛效应模型和仿真实验结果。仿真结果证明，该方法是可行的，并且达到了IEEE Std．2000—929标准的规定。 光伏系统的可靠性研究对整个系统的经济运行乃至投资决策产生了重要影响。本论文以光伏并网发电系统的基本组成为线索，对各部分进行可靠性分析，对满足一定可靠性水平的光伏并网发电系统进行分析，从而对其的推广使用起到了理论指导作用。 关键词：光伏并网发电系统；逆变器；孤岛效应；DSP；可靠性分析
上传时间： 2013-04-24
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随着电力电子技术的迅速发展，电力电子装置正在向着高频化、大容量、小体积的方向发展，其电磁环境也变得更为复杂，随之带来的辐射电磁干扰也日益严重。在电力电子装置设计初期开展电磁兼容数值仿真和预测对解决复杂的电磁干扰问题意义重大。 本文介绍了国内外电力电子装置电磁兼容的研究现状。针对电力电子装置电磁兼容的复杂性，讨论了使用仿真软件进行电力电子装置电磁兼容分析的策略，主要面向电源印制电路板(PCB)、控制箱和变流器机柜全波电磁仿真的具体应用进行了研究。 首先对PCB电源板进行电磁兼容预测。采用软件Protel99SE和CST微波工作室(R)(CST MICROWAVE STUDIO(R)，简称CST MWS(R))相结合进行分析，得到．PCB板的表面电流和电场分布图。根据分布图，分析电源板的辐射特性，提出提高PCB电磁兼容性的优化设计的设想，在PCB设计过程中加入对PCB电磁兼容性分析的场仿真，使PCB的电磁兼容分析有一个直观的参照物，有助于指导PCB的布局布线，对PCB优化设计，提高产品性能有重要作用。根据仿真结果将PCB电源板近似等效成电偶极子模型。 其次应用CST MICROSTRIPESTM软件计算控制箱的屏蔽效能，并在控制箱插入PCB电源板后进行辐射特性分析。 最后应用全波电磁仿真软件CST MWS(R)对变流器机柜进行电磁辐射干扰瞬态仿真，分析过程中考虑到了IGBT的开关尖峰、线缆和易产生干扰的电子元器件以及整个机箱机柜。运用线性网络理论对仿真结果进行标定，由此提出改进措施—采用unit cell和微扰理论设计屏蔽网，有效地抑制了电磁辐射。
上传时间： 2013-04-24
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统一潮流控制器(UPFC)作为一种典型的FACTS装置，综合了FACTS元件的多种灵活控制手段，能同时或选择地控制线路的基本参数(电压、阻抗、相角)，也可交替地控制线路上的有功和无功潮流，还可独立地提供可控的并联无功补偿。因此UPFC被认为是最有创造性，功能最强大的FACTS元件。 首先，本文详细分析了统一潮流控制器的基本结构和工作原理。采用开关函数法建立了电压源型变流器的数学模型，并推导了统一潮流控制器在abc三相坐标系和dq旋转坐标系下的数学模型，该模型考虑到直流环节电容储能的动态变化过程，从而使其更适合于系统的动态特性分析。本文讨论的UPFC控制采用基于两相旋转坐标系下的非线性解耦控制方案，在UPFC的精确模型下具有可快速跟踪给定值的优点，且在dq坐标系下可以实现有功和无功功率的独立控制；在电容电压PI调节中加入电流反馈，使其更接近真实值。 其次，本论文在分析UPFC数学模型的基础上建立了UPFC在MATLAB平台上的仿真模型；然后利用MATLAB建立了三相环形电力系统，将UPFC模型应用到该系统中，着重研究了UPFC对电网电能质量的影响。首先研究了UPFC对故障系统中电网功率的影响以及UPFC对提高故障系统功率稳定性的作用；同时，对UPFC能够抑制无故障系统中系统接入电网时的功率冲击进行了研究。最后，通过仿真波形研究了UPFC对电网故障中电压跌落的补偿作用以及UPFC对正常系统电压的影响，结果发现，UPFC可以保持故障中的系统电压为正弦波。
上传时间： 2013-04-24
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