石油钻采设备通常工作于公共电网所不及的沙漠、海洋和陆地等环境场合，其中的电站子系统由数台柴油发电机组及其相应的控制系统构成，为石油钻机提供动力电源（小电网供电系统）。石油钻机中的钻井设备（绞车、泥浆泵和转盘等）由大功率的交流或直流电动机驱动，根据钻井工艺需要调节转速和控制转矩，因此，通常采用VFD变频调速系统或SCR直流调速系统来满足钻井工艺要求。众所周知，电力电子装置（VFD变频传动系统和SCR直流传动系统）对电力系统带来谐波污染，尤其是对柴油发电机组小电网系统，谐波污染的问题将更为严重，而且SCR电驱动系统的功率因数较低，也给小电网系统带来额外负担，影响供电质量。因此，对石油钻机电驱动系统进行谐波抑制和提高功率因数，显得尤为重要。本论文正是针对此问题进行的研究和实践。 本文对石油钻机电驱动系统的构成及其工作原理作了介绍，重点分析了SCR和VFD电驱动系统谐波和无功功率产生的原因及危害，结合国内外的研究成果，提出对石油钻机电驱动系统进行谐波抑制和无功补偿的方案，并将其应用到实际的工程项目中。 石油钻机电驱动系统为典型的多谐波源系统，本文对各个谐波源进行了详细地分析，并且将多个谐波源进行了合成叠加和计算，来确定对电网系统总的影响（电压畸变率）；针对SCR和VFD电驱动系统的结构和特点，提出了对SCR和VFD系统进行谐波抑制和无功功率补偿的不同解决方案，即：对SCR电驱动系统，采用有源滤波器+动态无功功率补偿的办法，来消除谐波和改善功率因数；而对VFD电驱动系统，采用有源滤波器来消除谐波即可。 对石油钻机SCR和VFD电驱动系统谐波进行的分析和计算，为两系统谐波抑制的方案选型和系统优化提供了设计依据。本文选用适合于柴油发电机组小电网供电系统的有源滤波器（额定电压为690V）来滤除谐波，在系统结构上，采用一个谐波源配置一个有源滤波器的方法，主要解决了CT和PT连接的问题，实践证明系统配置合理，滤波效果良好。同时对SCR电驱动系统设计了动态无功补偿装置，通过实测数据验证了本文对SCR电驱动系统的无功进行了有效地补偿。
上传时间： 2013-04-24
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以谐波抑制，无功补偿为主要功能的有源电力滤波器的基本理论已经成熟，但是市场尚无成熟的谐波有源抑制产品，同时电网谐波问题日益突出，因此需要对有源电力滤波器进行产业化应用研究。并联有源电力滤波器以其安装、维护方便，成为商用化产品的主流。所以本文针对并联有源电力滤波器，展开产业化应用研究。 本文研究工作首先由如下工程问题引出：并联有源电力滤波器在补偿办公楼电气负载产生的谐波电流时，会出现谐波放大现象。办公楼电气负载主要是计算机、开关电源、不间断电源、电压型变频器等，这些都是电压型谐波源．本文以电容滤波型整流电路（电压型谐波源）的分析作为切入点，基于“分段线性化”方法，对并联有源电力滤波器补偿电容滤波型整流负载进行了稳态分析，得到系统的电流和电压波形，进而获得其频谱特性。通过本文所述稳态分析方法，可以从理论上理解并联有源电力滤波器补偿电容滤波型整流负载的工作过程，对有源电力滤波器的应用研究具有重要的理论和实际意义。 本文在分析办公楼负载电气特性的基础上，建立了有源电力滤波器补偿容性负载的简化模型，依据该模型分析了负载中容性元件的电容值与谐波电流放大之间的关系；为了克服谐波放大现象，本文首先通过负载电流采样环节后加装滤波器的方式，将电流谐振频率分量从采样值中滤除，虽然达到了抑制谐波放大的目的，但是由于延时的引入，使得补偿后网侧电流畸变率（THD）急剧升高；然后根据这一思路，采用基于快速傅立叶变换（FFT）的有选择谐波补偿方法将电流谐振频率分量从负载电流采样值中滤除，使得系统在谐振频率处变为开环控制，使系统稳定。经过对办公楼负载的实际并网谐波补偿实验证明基于FFT的有选择谐波补偿方法对于抑制谐波放大是有效的。本创新点的研究工作对于实际工程应用具有参考价值。 为了满足大容量的谐波抑制要求，本文提出了模块化有源电力滤波器并联补偿方案，该方案的特点是模块化结构及N+1冗余并联控制策略、主从总线结构及主机产生、负载电流检测方案以及并联均流策略。主机产生及负载电流检测是这一并联方案的突出特点，体现了本文的创新性工作。本文还对多模块并联系统进行了建模和稳定性研究；依据模块化并联补偿方案，在省科技计划重点项目的支持下，对有源电力滤波器进行产业化研究，从项目方案、设计、器件选型，样机调试、满功率运行及性能检测、楼宇负载与工业负载的实际并网实验，直至工业样机定型，对有源电力滤波器的产业化应用研究起了较大的推进作用，支撑项目目前已经有定型的工业化产品推出。 全文围绕上述三个方面展开，章节分排如下：（1）第一章从实际应用角度，总结阐述了有源电力滤波技术在谐波检测、电流跟踪控制、拓扑结构三个方面的研究进展；（2）第二章对并联有源电力滤波器补偿电容滤波型整流负载进行了稳态分析；（3）第三章分析了有源电力滤波器补偿容性负载时出现的谐波放大现象，并利用FFT方法使得系统在谐振频率处变为开环控制，达到抑制谐波放大的目的；（4）第四章、第五章提出有源电力滤波器模块化并联方案，并详细说明了模块化并联系统的设计和实验；（5）第六章对全文进行了总结，并对今后的研究工作进行了展望。
上传时间： 2013-04-24
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超声波电源广泛应用于超声波加工、诊断、清洗等领域，其负载超声波换能器是一种将超音频的电能转变为机械振动的器件。由于超声换能器是一种容性负载，因此换能器与发生器之间需要进行阻抗匹配才能工作在最佳状态。串联匹配能够有效滤除开关型电源输出方波存在的高次谐波成分，因此应用较为广泛。但是环境温度或元件老化等原因会导致换能器的谐振频率发生漂移，使谐振系统失谐。传统的解决办法就是频率跟踪，但是频率跟踪只能保证系统整体电压电流同频同相，由于工作频率改变了而匹配电感不变，此时换能器内部动态支路工作在非谐振状态，导致换能器功率损耗和发热，致使输出能量大幅度下降甚至停振，在实际应用中受到限制。所以，在跟踪谐振点调节逆变器开关频率的同时应改变匹配电感才能使谐振系统工作在最高效能状态。针对按固定谐振点匹配超声波换能器电感参数存在的缺点，本文应用耦合振荡法对换能器的匹配电感和耦合频率之间的关系建立数学模型，证实了匹配电感随谐振频率变化的规律。给出利用这一模型与耦合工作频率之间的关系动态选择换能器匹配电感的方法。经过分析比较，选择了基于磁通控制原理的可控电抗器作为匹配电感，通过改变电抗控制度调节电抗值。并给出了实现这一方案的电路原理和控制方法。最后本文以DSP TMS320F2812为核心设计出实现这一原理的超声波逆变电源。实验结果表明基于磁通控制的可控电抗器可以实现电抗值随电抗控制度线性无级可调，由于该电抗器输出正弦波，理论上没有谐波污染。具体采用复合控制策略，稳态时，换能器工作在DPLL锁定频率上；动态时，逐步修改匹配电抗大小，搜索输出电流的最大值，再结合DPLL锁定该频率。配合PS-PWM可实现功率连续可调。该超声波换能系统能够有效的跟随最大电流输出频率，即使频率发生漂移系统仍能保持工作在最佳状态，具有实际应用价值。
上传时间： 2013-04-24
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变频电源具有低损耗和高效率等显著优点，其性能的优劣直接关系到整个系统的安全性和可靠性指标，随着工业上变频电源的广泛应用，对其性能参数的检测也越来越重要，因此对变频电源设备输出电参数进行测量方面的研究具有重要的意义。 论文综述了国内外各种交流变频电参数测量系统的研究现状和应用技术，根据变频设备的工作机理和输出特性，提出了系统的总体设计方案。由于变频设备的输出范围广且变化快，并且国内大部分参数测量设备都是针对工频进行设计的，基于此本文采用高速的数字处理器和改进的算法来进行控制实现。 论文首先给出了各电参数测量的国际标准和理论基础，重点分析了如何通过希尔波特变换来实现频率的测量。为了滤除不需要的高次谐波并精确的测量频率，建立了FIR滤波器模型，通过MATLAB编程进行了数字仿真，验证了算法的正确性；利用周期法进行了其它电参数的测量实现，并在Labview 中进行了仿真，作为辅助分析软件具有快速直观的特点并有很大的通用性。 在理论分析和仿真的基础上，论文设计了基于TMS320F2812 DSP的控制系统，并结合原理图介绍了各模块运行原理；重点分析了如何利用CPLD来实现时序控制的功能，并给出了VHDL设计的程序和仿真结果。最后进行软件程序上的设计，对各部分进行了程序分析和设计，各模块结构相互关联，具有很好的扩展性和移植性。
上传时间： 2013-04-24
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在图像处理、数据传输、雷达接收等现代信号处理领域，对信号处理的稳定性、实时性和灵活性都有很高的要求。FIR数字滤波器因其线性相位特性满足了现代信号处理领域对滤波器的高性能要求，成为应用最广泛的数字滤波器之一。高密度的FPGA兼顾实时性和灵活性，为FIR数字滤波器的实现提供了强大的硬件支持。 现今FIR数字滤波器的FPGA实现方法中最常用的是基于DA的实现方法和基于CSD编码的实现方法，本文对这两种实现方法进行了深入的探讨，并进行了一定的改进。本论文所做的主要工作和创新如下： 1、对FIR数字滤波器的硬件实现方法进行了理论研究，其中着重对并行FIR数字滤波器的实现方法进行了深入探讨并提出了一个改进的实现方法：基于CSD-DA的改进实现方法。这个实现方法在一定情况下比单纯的基于CSD编码的实现方法和基于DA的实现方法都要节约芯片面积。 2、经过电路建模和数学推导提出了“CSD-DA择优比较法”。该比较法可以从基于CSD编码的实现方法、基于DA的实现方法以及基于CSD-DA的改进实现方法中较精确的选择出最佳实现方法。 3、用Cyclone EPEC6Q240C8芯片和音频编解码芯片TLV320AIC23B实现了一个可以滤除音频信号中高频噪声的音频FIR数字低通滤波器。
上传时间： 2013-06-07
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现代电子系统中，FIR数字滤波器作为数字信号处理技术的重要组成部分，以其良好的线性特性在许多领域内被广泛的应用。在工程实践中，往往要求信号处理具有实时性和灵活性，而已有的一些软件和硬件实现方式则难以同时达到这两方面的要求。 随着可编程逻辑器件和EDA技术的发展，越来越多的人开始应用FPGA实现FIR滤波器，既保证了信号处理的实时性，又可兼顾灵活性的要求。但是普遍存在的问题是不能根据被滤波信号特点动态调整滤波器的滤波系数，只能完成单一特性的滤波工作。 本文将FPGA的快速性和计算机的灵活性通过USB2.0总线有机地结合起来，设计了一个基于FPGA的可调参数FIR滤波系统。此系统由计算机根据各种滤波器指标计算出滤波参数，通过USB2.0对FPGA芯片内部的FIR多阶滤波器进行参数配置，实现数字滤波器参数可调；配置后的FPGA滤波单元完成对A/D采集的信号进行滤波运算，滤波后的数据经过缓存后通过USB2.0总线传输至计算机进行显示、分析和储存等进一步处理。在系统中采用有限状态机对FPGA参数配置模式和滤波模式进行切换，保证了系统的有序运行。 本文通过性能测试和应用实例对系统进行验证。实验证明：该基于FPGA的可调参数FIR滤波系统参数配置方便，可以根据实际需要动态调整滤波参数，并且滤波效果良好，可有效滤除噪声信号。
上传时间： 2013-07-26
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大气能见度(Visibility)是反映大气透明度的一个指标，是气象观测的常规项目，它对航海、航空、陆上交通以及军事活动等都有重要影响。目前国内能见度仪，特别是适用于海洋恶劣环境中的便携式、高精度的能见度仪较少，需要研制适合海上测量的能见度仪。 在系统阐述大气能见度检测理论依据的基础上，研究了能见度检测系统的关键技术，主要包括光源的稳定性、微弱信号的相敏检测技术及信号的抗干扰技术等。本系统由发射模块、接收模块、信号处理模块及电源模块等组成。设计了发射模块和接收模块的光学系统，并进行了发射光源的调制设计、接收模块中的光电转换电路、放大电路、带通滤波电路的设计及信号的锁相放大电路的设计等。大气能见度测量属于微弱信号检测技术，在海上更容易受到外界自然光及其它环境因素的干扰，因此滤除各种干扰，提取有用的微弱信号是本设计的核心。本文重点研究了光敏检测技术和适合于微弱信号检测的锁相放大技术，设计了以OPT101为核心的光敏检测电路，有效提高了电路的灵敏度和抗干扰，简化了设计；设计了以平衡调制解调芯片AD630为核心的锁相放大电路和由双D触发器SN74HCT74及单稳态触发器M74HC4538B1R组成的移相电路，实验证明，在较大的噪声背景下，该电路可以有效地提取出反映能见度变化的有用信号。锁相放大后的直流信号，经AD处理后输入到微处理器ARM中，经过理论运算最后得到能见度值。为了保证系统工作的稳定性，特别是海上恶劣环境，对系统进行了防盐、雾、水的设计，如对镜头进行镀膜、对PCB板进行了三防处理等。 最后进行了能见度仪样机的研制。
上传时间： 2013-04-24
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瞬变电磁法作为一种重要的地球物理探测方法，由于它在时间和空间上的可分性，使得这种方法简单易行，信息丰富，精度较高，低成本，见效快，从而在矿藏勘探、钻井和海洋勘探等领域得到了广泛的应用。随着接收仪器的数字化和智能化，发射功率的增大，数字模型计算正反演的应用，解释水平的提高，瞬变电磁法可解决的地质问题不断扩大，几乎涉及了物探工作的各个领域：矿产勘探，构造探测，水文与工程、地质调查，环境调查与监测以及考古等。近年来，在找水、市政工程、土壤盐碱化和污染调查、浅层石油构造填图，以及矿井突水预测等领域都取得了良好效果。 瞬变电磁法探测系统包括发射机和接收机两部分。接收机用作在噪声中提取由发射机发射的一次场信号在地下导体中感应出的二次场信息，其信息反映了地下导体的电阻率差异，通过对该信息数据的处理了解探测目标的特性从而达到探测的目的。 瞬变电磁信号具有早期信号幅度大、衰减快，而中晚期信号幅度小、衰减慢的大动态范围的特点。因此，必须设计出能适应这种瞬时变化快、动态范围大数据信号要求的高性能数据采集系统。同时，瞬变电磁探测系统的工作环境大都是在野外，因此，为适应野外工作的需要，数据采集卡尤其要有较低的功耗。 本论文在总结其他数据采集系统设计的基础上，提高采样速率和采样精度、采用分段放大技术避免放大饱和和实现对小信号的有效识别、改用ARM作为核心处理器实现对接收机的有效控制、改进USB2.0的实际传输速度、改用自适应滤波法等噪声抑制方法组合实现抗干扰和噪声滤除设计，成功设计和实现了一套基于ARM和USB2.0的瞬变电磁数据采集系统，该系统具有高性能，低功耗，抗干扰能力强，低成本的特点，已成功应用于瞬变电磁探测实践，并取得良好效果，极大的满足了瞬变电磁探测系统的需要。同时，该系统对于其他数据采集系统的设计具有一定的借鉴意义。
上传时间： 2013-06-21
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心脏疾病一直是威胁人类生命健康的主要疾病之一。研究无创的心电信号检测设备来检测与评价心脏功能的状况，并研究心脏疾病的成因是生物医学电子学的重要研究课题之一。动态心电记录仪(Holter)是用于记录24小时长时间心电图的一种设备。研制高性能的动态心电记录、监护系统对于心血管疾病的诊断和治疗具有十分重要的意义。 Holter技术发展至今已有几十年历史，但目前的Holter仍存在许多不足之处：(1)许多Holter采用8位、16位单片机作为控制系统，运算能力有限，无法加入自动诊断功能：(2)数据存储采用固定焊接在板上的存储芯片，容量小，数据取出回放不方便；(3)大部分Holter还不能实现心电信号的实时远程传输，心电数据的分析以及分析报告的获取往往要滞后好几天时间，不利于心脏疾病的及早诊断及治疗。 针对这些不足，本文设计了一个基于ARM(一种32位嵌入式处理器)的动态心电记录仪。该记录仪具有运算功能强、能够实现心电信号实时远程网络传输的特点。为确保信息不会因网络传输故障而丢失，本系统同时还采用了便于携带的SD(Secure Digital Memory)闪存卡作为存储媒介，具有大容量数据存储的功能。本文设计的系统主要完成的任务有心电信号的采集、心电信号的放大滤波、心电信号的显示和心电信号的存储与传输。整个系统由一片ARM嵌入式微处理器控制，本系统中采用的嵌入式微处理器是三星的S3C44BOX。放大和滤波电路主要是对电极导联传来的心电信号进行放大和滤除干扰信号，以获取合适的信号大小并保证采集的心电信号的正确性。心电信号的显示是把心电信号实时地显示在Holter的液晶屏上，能使患者直观地观察到自己的心电信号情况。心电信号的存储采用了容量大、成本及功耗低并且体积小方便携带的SD卡来存储心电数据。心电数据的传输是通过以太网实现的，以太网可以实现快速、高正确率的传输。传输的数据由医院内的服务器接收，并且在服务器端对心电信号进行相应的显示和处理。为实现上述功能编写的系统软件包括Holter的Bootloader的设计、uCLINUX操作系统的移植、A/D转换程序、液晶屏的控制及菜单程序、SD卡FAT文件格式的数据存储和服务器端数据接收、波形显示程序。本系统经过一定的实验证明符合设计要求，具有体积小、成本低、使用方便的特点。
上传时间： 2013-07-10
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39820电 源 滤 波 电 路 计 算
上传时间： 2013-06-30
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