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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目前离心机的变频控制，采用的多是通用变频器，没有自主开发的离心机专用的交流调速控制器。同时，在控制方法上采用的主要还是V/F控制以及矢量控制，而效率更高，性能更好的直接转矩控制方法则还没有得到广泛的应用。直接转矩控制技术，用空间矢量的分析方法，直接在定子坐标系下计算与控制交流电动机的转矩，采用定子磁场定向，借助于离散的两点式调节(Bang-Bang控制)产生PWM信号，直接对逆变器的开关状态进行最佳控制，获得转矩的高动态性能。直接转矩控制，控制结构简单、控制手段直接、信号处理的物理概念明确、转矩响应迅速，限制在一拍内，是一种具有高动态响应的交流调速系统。本文通过对直接转矩控制系统原理的分析、软硬件的设计制作、系统的调试试验，得到以下结论: ⑴直接转矩控制系统，控制手段直接、信号处理的物理概念明确、转矩动态响应迅速； ⑵直接转矩控制系统中，低速阶段转矩脉动明显，通过采用异步电动机适应全速的U-I模型，以及扇区细化等，可以有效减小转矩脉动;由于转矩和磁链采用离散的两点式调节，即使在高速运行阶段转矩也有轻微的脉动，通过细分磁链扇区，采用空间矢量脉宽调制技术可以有效减小脉动，提高系统控制性能； ⑶直接转矩控制系统中，检测环节及其重要，特别是电压、电流的检测。无论采用哪种电机模型，电压和电流都是最主要的参数，准确的电压、电流检测能够增加电机模型的正确性，为控制提供基本的保障； ⑷直接转矩控制系统中，对电机参数的要求简单，只需要知道电动机定子电阻，因此直接转矩控制系统的鲁棒性强，易于移植。
上传时间： 2013-04-24
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随着信息技术的飞速发展，数据吞吐量急剧增长，要求有更高的传输速度，来满足大量数据的传输，而原有的并行数据传输总线结构上存在自身无法克服的缺陷，在高频环境下容易串扰，而增大误码率。SATA串行总线技术应运而生。作为一种新型的总线接口，它提供了高达3.0Gbps的数据传输速率，使用8B/10B编码格式，采用LVDS NRZ串行数据传输方式，有良好的抗干扰性能，有更强的达到32位的循环冗余校验，并且提供了良好的物理接口特性，支持热拔插，代表着计算机总线接口技术的发展方向。FPGA作为一种低功耗的半导体器件，在高频工作环境中有优良的性能，将处理器与低功耗FPGA结合起来使用是数据存储应用的趋势，这样能够使得接口方案更加灵活。而在众多FPGA器件中，Xilinx公司的Virtex-4平台内部集成了PowerPC高性能处理器，并且其中提供了Rocket IO MGT这种嵌入式的多速率串行收发器，能够以6.25-622Mb/s的速度传送数据，并且支持包括SATA协议在内的多种串行通信协议。 本文从物理层、链路层、传输层分析了SATA1.0技术的接口协议，在此基础提出满足协议需求和适合FPGA设计的设计方案，并给出总体设计框图，依照FPGA的设计方法，采用Xilinx公司的Virtex-4设计了一个符合SATA1.0接口协议的嵌入式存储装置，实现数据的存储，仿真运行结果正常。
上传时间： 2013-04-24
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太阳能发电在世界能源危机的今天飞速发展，已成为新能源的主流之一。逆变器作为主要的能量变换装置器件，其性能的好坏直接影响着整个光伏系统的效率。本文采用电压外环、电流内环的双环控制策略，保证了系统的动态响应速度快，稳态误差小。为此，论文主要对系统的电路拓扑结构、数学模型、控制方法以及基于FPGA的软件实现方法等技术进行了分析研究。 本文首先通过对几种常见的数学模型分析方法的比较，选择适合本文的数学建模方法。文中给出了逆变器的拓扑结构，详细论述了其工作原理，对该逆变器不同工作状态下的等效电路进行分析，并利用状态空间平均法建立了逆变器数学模型，确定主要元件的参数。 随后对当前比较流行的几种逆变电路的控制方法进行了对比分析。本文采用的基于SPWM控制的电压电流双环控制的算法，具有开关频率固定、物理意义清晰、实现方便的优点，保证系统的稳态误差小，动态响应速度快。通过分析几种最大功率跟踪算法各自的优缺点，最后给出了改进的最大功率跟踪算法，保证系统输出最大功率。 最后用FPGA实现了系统控制方案的设计。整机测试结果表明：该逆变器的性能指标基本达到了设计要求，验证了数学模型和控制策略的有效性和理论分析的正确性和可行性。
上传时间： 2013-07-25
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绕组励磁同步电机具有功率因数可调、效率高等优点，在工业大功率场合获得了广泛应用，因此研究和开发高性能的绕组励磁同步电机驱动系统具有重大的经济价值和社会效益。目前开发高性能绕组励磁同步电机驱动系统所采用的控制方案主要有两种：一种是直接转矩控制（DTFC）；另一种是磁场定向矢量控制（FOC）。绕组励磁同步电机的矢量控制策略具有控制结构简单，物理概念清晰，电流、转矩波动小，转速响应迅速，易实现数字控制等优点。因此，在交流传动领域中，越来越受到学者的关注。但是，无论在国内还是国外，交直交型绕组励磁同步电机矢量控制系统的研究还缺乏全面深入的理论研究，还没有建造起矢量控制系统的理论体系构架。本文对绕组励磁同步电机矢量控制系统进行了初步的理论探讨，并进行了详细的实践研究，为以后更深入、广泛地研究此系统，打好坚实的基础。本论文主要研究内容如下： @@ 通过广泛的查找文献，对几种常见的同步电机传动系统进行了综述，分析了同步电机变频调速原理，在此基础上，讲述了无传感器技术在同步电机中的应用现状。无传感器技术主要有两大类：基于基波量的检测方法和基于外加信号的激励法。随后，对转子初始位置的估计进行了综述，其方法有：基于电机定子铁芯饱和效应的转子位置估计，高频信号注入法，基于定子绕组感应电压的估计法和基于相电感计算法等。绕组励磁同步电机转子初始位置估计的研究还很少。 @@ 对绕组励磁同步电机矢量控制的理论进行了全面深入地研究，建立起矢量控制的理论体系构架。 @@ 首先，基于磁势等效原理，将三相静止交流信号等效变换为两相旋转直流信号，将交流电机等效为直流电机进行控制。在Clarke变换和Park变换的基础上，得到凸极同步电机转子磁场定向的电压矩阵方程、功率方程和运动方程。根据上述方程，绘出dq轴的等值电路及矢量图，得到状态空间描述的dq轴数学模型。 @@ 其次，根据模型参考自适应原理，对同步电机转速进行估计。忽略同步电机d轴阻尼绕组的作用，取同步转速为零，得到同步电机αβ静止坐标系下 的数学模型。将不含有转子转速信息的方程作为参考模型，将含有转速参数的方程作为可调模型，根据波波夫超稳定性和正性原理，对转子转速进行估计。@@ 最后，根据模型参考自适应估计的转子转速，设计磁通观测器来估计转子磁通，实现磁通反馈闭环控制。磁通观测器采用降维观测器，仅对转子磁通分量进行重构，并通过极点配置算法，合理配置观测器的极点，使观测器满足系统的性能指标，达到磁通观测的目的。 @@ 新颖的空间矢量脉宽调制算法。从空间矢量的基本概念入手，深入分析了定子三相对称电压与空间电压矢量之间的关系。由三相电压源型逆变器输出电压波形得到六个有效开关状态矢量，这六个开关矢量和两个零矢量合成一组等幅不同相的电压空间矢量，去逼近圆形旋转磁场。其次，根据空间电压矢量所在的扇区，选择相邻有效开关矢量，在伏秒平衡的法则下，计算各有效开关矢量的作用时间。并且，探讨了扇区判断和扇区过渡问题，定性分析了空间矢量脉宽调制（SVPWM）的性能。最后，根据每个扇区中开关矢量作用时间，采用软件构造法，在TMS320LF2407A硬件上实现了SVPWM。实验结果表明，该算法简单易实现，能够有效的提高直流母线的电压利用率，具有在低频运行稳定，逆变器输出电流正弦度好等优点。 @@ 空间矢量过调制算法的研究。在上述线性调制的基础上，提出一种基于电压空间矢量的过调制方法。过调制区域根据调制度分成两种不同的模式，分别为模式Ⅰ（0．907
上传时间： 2013-07-25
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随着计算机技术的迅猛发展，受其影响的仪器行业也发生了巨大的变革，即仪器的手动操作使用改为计算机控制自动测试。随着自动测试技术和程控仪器的发展，除了要求物理硬件接口标准化外，也要求软件控制标准化。 硬件方面，从20世纪50代自动测试概念建立起，经过初期专用接口、半专用接口到20世纪80年代中期才普及推广开放式标准接口总线，如RS232串行通信接口总线、GPIB通用接口总线、PXI计算机外围仪器系统总线、VXI块式仪器系统总线等。 软件方面，1987年6月颁布的IEEE488．2（程控仪器消息交换协议）标准首先解决了数据结构方面的问题，但仍将大量的器件语义留给设计者自由定义。1990年4月，国际上九家仪器公司在IEEE488．2基础上提出了SCPI（Standard Commands for Programmable Instruments程控仪器标准命令），才使程控仪器器件数据和命令得到标准化。SCPI的总目标是缩短自动测试系统程序开发时间，保护仪器制造者和使用者双方的硬、软件投资，为仪器控制和数据利用提供广泛兼容的编码环境。 仪器接收到SCPI消息后进行响应：接收字符串消息、词法分析、语法分析、中间代码生成、优化和目标代码生成，语法分析模块的性能直接影响到程控执行效率。为了进一步简化仪器内语法分析模块、提高程控执行效率，本课题提出了在接口电路中加入解析模块的思想，可将控制器发送到仪器的SCPI消息即复杂的ASCII码字符串转变为简单的二进制代码。采用此解析模块将大大简化仪器设计者的软件工作，既能实现仪器语言标准化又能提高仪器对远程 控制的响应速度，这在研究实验室内的自制仪器时将是很有用的。 仪器接口有很多种，本课题主要讨论了RS232和GPIB两种接口。本设计中仪器接口板是独立于仪器的，与仪器单独使用微处理器，若要与仪器连接实现通信只需在两微处理器之间进行通信即可，这样做的目的是：一方面可以不影响仪器的设计和操作，一方面可以实现接口板的通用性和仪器的可换性。针对于RS232接口为一简单接口，我先将工作重心放在软件设计上，主要考虑怎样把复杂的ASCII码字符串解析为简单的二进制代码。针对于GPIB接口，软件设计的主要部分已完成，再把工作重心放在硬件设计上，采用性价比更高的CPID实现GPIB接口芯片NAT9914。为了观察解析结果还加入了LCD显示。本设计在开发通用的、低价的仪器接口板方面做了一个有益的尝试，为进一步的自动测试系统研究打下了基础。 关键词：仪器；SCPI；RS232接口；GPIB接口；CPLD
上传时间： 2013-04-24
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21世纪，人类面临着实现经济和社会可持续发展的重大挑战，能源问题越来越突出，太阳能等可再生能源逐渐成为人类关注的焦点。时至今日，人类对光伏系统的研究越来越深入广泛，但在光伏系统的研发过程中，太阳能电池由于受日照强度、环境温度影响较大，导致实验成本过高，研发周期变长。太阳能电池阵列模拟器便能较好地解决这一问题。 @@ 本文首先对比了模拟式太阳能电池模拟器和数字式太阳能电池模拟器的优缺点，选取了数字式太阳能电池阵列模拟器作为研究对象，并对研究太阳能电池阵列模拟器的实际意义作了阐述。随后描述了太阳能电池的输出特性，讨论了适合工程计算的太阳能电池阵列数学物理模型。 @@ 本文研究的太阳能电池阵列模拟器由功率电路和控制电路两部分组成。功率电路选取了半桥型DC/DC电路作为主电路拓扑，对其工作过程进行了分析，并对各部分电路进行了设计。然后设计了电压电流双闭环调节器，在此基础之上用PSIM仿真软件对所设计的太阳能电池阵列模拟器进行了仿真，包括静态工作点的仿真以及动态响应速度的仿真，通过仿真验证了模拟器能够达到所要求指标。 @@ 控制电路板是整个模拟器的核心控制部分，通过控制运算提供输出电压的参考值，进而提供控制功率管开通关断的PWM信号。本文选取了microchip公司的dsPIC30F2023作为主控制芯片，分析了该型号微处理芯片的性能特点，介绍了模拟信号采样电路、232通讯电路、人机交互界面电路等外围电路的硬件设计，调节器采用了数字PID控制。 @@ 在MPLAB集成开发环境中进行了软件方案的设计，主要包括主程序、生成PWM程序、AD采样、故障处理、人机交互程序等，介绍了各个模块的程序流程。 @@ 软硬件系统设计完成后，最终实现了太阳能电池阵列模拟器，可以为光伏系统的研究提供一个良好的实验平台。 @@关键词：太阳能电池阵列模拟器；半桥型DC/DC变换器；dsPIC30F2023
上传时间： 2013-07-28
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应用于电动汽车驱动领域的永磁同步电机交流驱动系统是由永磁同步电机、电力电子技术和控制技术相结合而形成的新型交流驱动系统。因其具有良好的运行性能而成为当代电气传动领域研究的热点之一。 永磁同步电机是一个多变量、非线性、高强耦合的系统，其输出转矩与定子电流不成正比，而是复杂的函数关系，因此要得到好的控制性能，需要进行磁场解耦。矢量变换控制技术正好适用于永磁同步电机的这种特点。 本文在数字电机控制专用DSP芯片TMS320LF2407的基础上，以永磁同步电机为研究对象，对其矢量控制技术进行了研究和设计。 首先课题根据永磁同步电机实际物理模型，分析推导得到了永磁同步电机的三相静止坐标系下及两相旋转坐标系下的数学模型。 接着课题对永磁同步电机运行特性进行了分析和研究。在此基础上，课题提出了一种新型的永磁同步电机矢量控制系统，在这个系统上，课题提出了应用不同矢量控制策略的矢量控制方法，并对其做了仿真验证。 结果表明，课题设计的系统以及应用不同矢量控制策略的矢量控制方法准确可行。 这个控制系统便于实现多种矢量控制方法，为永磁同步电机扩速增效提供了理论平台。 在理论分析、仿真通过基础上，课题对驱动系统的硬件和软件两个方面进行了具体的设计。 课题完成了DSP控制系统关键硬件电路的设计，并设计制作了一块应用SCALE模块的IGBT驱动电路，此驱动电路响应迅速、抗干扰性强，驱动性能优越。此外，课题完成了永磁同步电机矢量控制系统全数字化设计，调试通过了速度位置检测、电流检测、PI调节、坐标变换等应用模块。 课题最后对整个系统的做了全面的总结，并对今后的工作方向进行了展望。
上传时间： 2013-06-22
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船舶自动操舵仪又称自动舵，用来保持船舶在给定航向或航迹上航行，是船舶操纵的关键设备。船舶自动舵尚没有专用的故障诊断系统，当前的维修方法不能满足快速保障和应急保障的需要。本文结合某型自动舵微机通道故障诊断科研项目，重点论述某型自动舵数字控制系统的故障诊断设计与实现，研究了基于模糊推理的船舶自动舵故障诊断专家系统和基于支持向量机的船舶自动舵模拟电路故障诊断方法。 对某型自动舵充分调研，在了解系统软、硬件的总体技术要求和指标的基础上，建立检测对象的数学模型和物理模型。确定故障检测的对象特点，为系统故障仿真、参数辨识做好准备，并为后续的故障检测、诊断方法研究提供了参考。 结合某型自动舵数字控制系统实际情况，确定其故障诊断系统采用分层递阶结构。系统底层为基于嵌入式微处理器的信号检测单元，负责获取微机通道的总线控制权以及信号预处理；系统中间层为通讯子系统，负责对底层多个检测单元信息集中传送；系统顶层为故障诊断和显示子系统，负责对微机通道的信息进行综合评价，得出最终诊断结论。 船舶自动舵系统结构繁杂，很多故障很难用精确的公式将它表示出来，提出了基于模糊推理的船舶自动舵故障诊断专家系统，提高了自动舵故障诊断准确性。该系统将模糊数学、模糊诊断原理及专家经验相结合，采用模糊产生式知识表示法，确定模糊关系矩阵及语义距离，设计相关硬件平台，实现了船舶自动舵故障诊断模糊专家系统的各个功能模块。 为解决船舶自动舵模拟电路故障诊断复杂多样难于辨识的问题，提出了基于支持向量机的故障诊断方法。该方法通过电路仿真分析，给出了各故障模式下电压频率响应，提取具有代表性的故障特征，建立了以支持向量机为基础的模拟电路故障诊断模型。实验结果证明，该方法可有效诊断模拟电路中的元件故障，且对于元件容差引起的故障诊断模型的不确定性具有较强的鲁棒性，满足非线性电路的故障诊断要求。
上传时间： 2013-04-24
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随着国内交流伺服电机等硬件技术逐步成熟，高运算能力的控制芯片与电机控制技术相结合，具有高效、节能和可移植性好等特点，这样使得交流伺服系统成为现代电机伺服驱动系统的一个发展趋势。 本文主要是基于MCU研究和设计了交流永磁电机位置伺服控制系统。针对三相永磁同步电机的物理方程，通过坐标转换，在d-q旋转坐标系下建立转矩方程，采用Id=0的矢量控制策略，建立一套完整的全数字交流位置伺服控制系统。 硬件方面，采用的是瑞萨公司专用电机控制Tiny系列芯片M30262F8作为控制芯片，并由三菱公司的第三代IPM模块PS21564实现功率驱动，简化了系统电路，缩小了系统的体积，提高了系统的可靠性。由交流电流传感器检测三相定子绕组电流；由增量式磁性编码器检测永磁转子位置，并设计一种比较快速的转子初始检测方法。 软件方面，采用结构化语言C和单片机M16C汇编语言混编，实现了单片机初始化、三环控制、电流跟随型PWM控制，提高编写代码的效率，同时保证系统的实时控制性能；由软件方式实现经典PID控制和简单模糊控制相结合构成“串联校正”闭环控制系统，提高了系统的快速性和抗干扰能力。此外，本文对控制策略进行了研究，阐述了模糊PID控制策略；还介绍了SPWM、SVPWM和跟随型PWM调制。 实验结果表明，本文所设计的伺服控制系统能实现电机的启动，调速和定位等，并能达到系统的性能指标。
上传时间： 2013-05-19
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