励磁装置是同步发电机的重要控制部件，直接影响电机及电力系统的特性，本文介绍了一种基于DSP(TMS320F2812)微控制器的同步发电机励磁调节器的设计研究。 本文以新型同步发电机励磁调节器的开发研制为主要内容，首先介绍了同步发电机励磁系统的重要作用，然后介绍了常用的DSP 芯片特点与构成，最后着重介绍了新型励磁调节器的软、硬件设计实现方法，给出了硬件原理图和软件流程图。硬件设计主要有交、直流的调理电路的设计，铁电储存设计以及通讯电路、D/A 电路等其它外围电路的具体设计；软件由主程序和中断程序构成。其中，主程序主要完成系统的初始化；中断程序主要完成数据的采集和算法实现， PID 调节、限制保护模块等部分以及通讯部份等。 本设计充分利用TMS320F2812 芯片的强大的数据处理能力和丰富的片内外设及高速的实时控制能力，来完成各功能的实现。
上传时间： 2013-05-20
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有源电力滤波器是一种新型谐波，无功补偿装置。和传统无源的补偿装置相比，有源电力滤波器具有很大的优势，可以对谐波，无功以及负序电流实现实时、准确的补偿。因此，有源电力滤波器得到了广泛的研究，并开始进入工业应用阶段。随着数字信号处理技术的高速发展，以全数字化控制技术实现的有源电力滤波器必将成为电力电子技术中新的研究热点。 本论文阐述了谐波抑制的背景和目的以及国内外谐波抑制技术的发展现状，深入分析、比较了目前常用的有源滤波器的结构和工作原理，本论文探讨了单相系统的谐波检测算法的各种方案及其特点，选用负荷电流基波有功分量法对谐波电流进行检测。该方法结构简单，不仅适用于单相系统而且适用于三相系统。本文对单相有源电力滤波器进行了硬件和软件设计，对各硬件部分实现的功能进行了具体的介绍，并给出了实现原理图。软件设计部分给出了主要程序的设计流程图。以上设计方案在MATLAB 仿真软件包的SIMULINK 环境下进行了仿真实现，仿真结果证实了本文设计的有源电力滤波器的正确性和谐波补偿的实时性。 在理论分析和仿真研究的基础上，设计了基于TMS320F2812 DSP 控制的单相并联型电力有源滤波器，研制了实验样机，对并联型有源电力滤波器进行了初实验结果表明，本论文采用的负载电流基波有功分量算法能够实时，准确地提取出谐波和无功分量，同时也表明，这种基于TMS320F2812 DSP 的单相有源电力滤波器具有优良的谐波补偿特性。
上传时间： 2013-06-19
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电能计量的精度无论对于供电方还是对于用电方，都非常重要。传统电能表的精度低，功能单一，不能满足精度要求和非正弦电路的无功功率测量。随着电力电子装置等非线性负载的功率容量和功率密度的不断增大，他们所产生的谐波已使电网遭受日益严重的污染。在这种情况下，有必要研发新技术新设备。同时，数字信号处理技术(DSP)正在迅速发展，21世纪将是数字信号处理理论与算法的大发展时期。 本项目采用ADI于2004年生产的BLACKFIN531 16位定点DSP芯片。针对目前市场上现行的电能表所存在的缺陷和局限性，研究并设计了一种基于DSP BF531芯片的高精度多功能电能表。采用了诸多最新的理论成果，电能计量精度达到0.2S级，谐波测量精度达到0.5%。在一定的定义下，无功测量方法不但适用于正弦电路，也适用于非正弦电路下的无功功率测量。全书共分七章： 第一章、简述了电能计量装置的发展和现状，论证了本课题开发和研究的必要性和可行性，介绍了高精度多功能电能表的系统方案； 第二章、 讨论了电测系统的测量原理，设计了电能表中的计量和分析算法； 第三章、 介绍了系统的硬件平台和开发环境； 第四章、 详细给出了系统的硬件设计； 第五章、 分析系统误差及其校正； 第六章、 介绍系统的软件设计； 第七章、 对整个系统进行实验测试，给出测试结果，最后讨论、总结。
上传时间： 2013-06-21
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传统的整流装置是电网污染的主要来源,三相电压型PWM整流器具有输出电压恒定、能实现单位功率因数运行的特点,甚至可以实现电能回馈电网.该文主要研究了三相电压型PWM整流器,内容包括下列方面:原理、拓扑结构、数学模型、控制策略和硬件实现.建立数学模型是研究三相PWM整流器的有效手段.分别在ABC静止坐标系、αβ静止坐标系和dq旋转坐标系中建立了低频和高频数学模型.该文主要对电压矢量定向控制和直接功率控制这两种关于PWM整流器的控制策略进行了研究.电压矢量定向控制包括间接电流控制和直接电流控制,该文分别介绍了它们的原理.关于直接电流控制,建立了它的仿真模型,并介绍了数字化实现的方法.由于电网电压的谐波会恶化PWM整流器的工作性能,所以研究了改良的方法,并进行了实验验证.直接功率控制方法的主要特点是结构简单、动态响应快、抗干扰性能好.该文介绍了瞬时功率的概念、直接功率控制的原理和电压矢量选择的方法.由于传统的开关状态表是引起无功功率控制效果差的主要原因,所以提出了改造开关状态表的方法.仿真和实验结果验证了此方法的有效性.最后,对电压矢量定向控制策略和直流功率控制策略作了比较研究.关于硬件方面,介绍了主电路LC参数的计算方法、二阶有源滤波的设计方法、DSP2407的主要功能、IPM的驱动与保护.
上传时间： 2013-04-24
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超声波电机(Ultrasonic Motor,简称USM)是近二十年来发展起来的一种新型驱动装置,该电机不同于传统的电磁感应电机,它是利用压电陶瓷的逆压电效应激发超声振动,借助弹性体谐振放大,通过摩擦耦合产生旋转运动或直线运动.这种电机的具有响应快、结构紧凑、低转速、大力矩、不受电磁干扰、断电自锁等优点,在微型机械、机器人、精密仪器、家用电器、航空航天、汽车等方面有着广泛的应用前景.随着超声波电机的推广应用和产业化发展的需要,对超声波电机的驱动和控制技术的研究就非常必要了,小型化、通用化、高性能的驱动电源和简单而又实用的控制技术已成为国内外研究的热点.该文对于单一的定位控制,研究一种简单且控制精度高的控制算法,结合所研制的纵扭复合型超声波电机样机,实现了高精度(0.010度)的定位控制,另对基于高性能DSP的驱动电源进行了初步的探讨和研究,研制了通用性较高的驱动电源.该文开展的主要研究工作和取得的成果如下:1.简要地介绍了超声波电机的原理、发展历史和特点,重点分析了超声波电机驱动电源和定位控制的研究进展和存在的问题,从而引出该硕士论文的研究意义和主要内容.2.从理论和实验上揭示这种电机具有的高分辨率和步进特性实质,提出了利用此特性实现高精度的定位控制策略——步进定位法,并分析了影响其定位精度的因素,结合所研制的纵扭复合型超声波电机样机,实现了高精度(0.010度)的定位控制,并确定了相关控制参数的选择准则.3.简要介绍了常用开关变换器结构,设计了以MOSFET为开关器件的半桥式逆变功率电路.介绍了高性能DSP(TMS320LF2407)为核心的控制信号发生电路和以UC3842为控制芯片的可调压直流电源,结合控制电路和功率变换电路获得了驱动超声波电机所需两项幅值、频率、相位可调的交变方波,具有较高的通用性,为进一步开展运用较复杂控制策略的超声波电机位置和速度伺服控制研究打下一定基础.
上传时间： 2013-04-24
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本文对感应电动机软起动过程中存在的电流、电磁转矩以及转速振荡问题进行了系统的理论分析和实验研究.论文首先根据感应电动机的数学模型,利用MATLAB仿真工具建立了感应电动机软起动的通用仿真模型,其次分析了晶闸管触发角度、机组的转动惯量、负载转矩以及转子电阻这四个因素对振荡的影响,进而探讨了感应电动机软起动过程中出现电流、电磁转矩以及转速振荡的原因.结果表明:在感应电动机软起动过程中,当转子转速达到同步转速并在其附近变化时,电动机的续流角会大幅度变化,当续流角围绕晶闸管的触发角变化时,三相交流调压电路的输出电压会产生振荡,在电动机定、转子磁场的相互作用下会使振荡加剧,因而就会造成电动机电流、电磁转矩以及转速的振荡.特别需要指出的是电动机在软起动过程中出现的转速振荡是在同步转速附近振荡而并非象有些文章所说的在低速下振荡.根据上述原因,本文提出了采用关断角控制的新型控制策略,这种控制策略是使电动机在起动过程中的电流关断角由某一初始值逐渐减小到零,利用该方法可以使感应电动机起动过程中的续流角始终小于晶闸管的触发角,这样续流角的变化就不会引起电动机端电压的振荡,因而就从根本上消除了感应电动机软起动过程中的振荡现象.文中首先通过仿真验证了该控制策略的正确性,在此基础上研制了基于关断角控制的感应电动机软起动装置的硬件电路和软件程序,并进行了样机试验,实验结果验证了理论分析的正确性.另外,文中还探讨了软起动对于感应电动机起动过程中转轴扭矩振荡的影响.大型感应电动机驱动大转动惯量负载直接起动时,其转子轴上会出现过大的扭矩振荡,这是由于定子绕组中电源频率的电流与转子中直流电流相互作用产生的具有转差频率的电磁转矩分量造成的.采用软起动会使电动机起动时转子中产生的直流电流分量大为减小,进而可以减小电磁转矩的转差频率分量,故可以有效地抑制感应电动机起动过程中作用在转轴上过大的扭矩振荡.
上传时间： 2013-07-13
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变电站是电力系统的一个重要环节，它的运行情况直接影响到电力系统的可靠、经济运行。一个变电站运行情况的优劣，在很大程度上取决于其二次设备的工作性能。现在的变电站有三种运行模式：一种是常规变电站，一种是部分实现微机管理、具有一定自动化水平的变电站，再有一种是实现无人值班、全面微机化的综合自动化变电站。在常规变电站中，其继电保护、中央信号系统、变送器、远动及故障录波装置等所有二次设备都是采用传统的分立式设备，而且站内配备大量控制、保护、记录用屏盘。使装备设置复杂，占地面积大，日常维护管理工作繁重。这种常规变电站的一个致命弱点是不具备自诊断能力，对二次系统本身的故障无法监测。因此，这种常规变电站已逐渐被淘汰。 要提高变电站运行的可靠性及经济性，一个最有效的方法就是提高变电站运行管理的自动化水平，实现变电站的综合自动化，以微机化的新型二次设备取代传统使用的分立式设备。开发集保护、控制、监测及远动等功能为一体的新型设备，并实现设备共享、信息资源共享，使变电站设计简捷、布局紧凑，运行更加可靠安全。 随着微型计算机技术、集成电路技术的迅速发展，原来越多的新技术和新产品应用到变电站的二次设备中去，使变电站的二次设备得到不断的更新换代。该项研究把一种新型的低压电能量测量芯片与高性能的数字信号处理器(DSP)结合起来，利用DSP体积小、功能强、功耗低、速度快、性价比高等优点，设计出新型的变电站线路测控单元，实现对高压线路的测量、监视和控制，这种新型的二次设备比传统的二次设备具有更高的精度和更快的相应速度。 与此同时，网络理论和技术的发展，也使变电站监控系统的结构发生了很大的变化，由原来的集中控制型逐步过渡到功能分散、模块化的分散网络型，通过现场总线，使主控室和现场之间的联系变成了串行通信联系，从而提高的系统的可靠性和可维护性。CAN总线应用于变电站的监控系统中，组成变电站的数据通信网络，可以提高系统的抗干扰能力和容错能力。 该文就以上的两个方面进行研究和设计，主要内容包括：一是在简单介绍新型电能测量芯片和DSP的基本知识的基础上，提出了一个变电站测控单元的设计方案，并从从硬件和软件两个方面进行了详细的介绍，主要部分是对测量模块的设计；二是系统的通信接口模块设计，从硬件和软件方面详细的介绍了通信模块的三种不同的通信接口的设计，分别是RS-232串行通信、RS-485总线通信、CAN总线通信；三是在分析现代测控系统发展历史，指出了现场总线测控系统的优越性；四是设计出的测控系统单元的基础上，利用CAN现场总线构建变电站的综合监控系统。 该文提出的方案、技术以及结论对于变电站监控系统和自综合动化系统的研究开发、工程设计都具有实际的参考意义。
上传时间： 2013-04-24
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动力传动中的直线往复运动往往是通过旋转运动在传动装置的作用下实现的。因此，频繁的高速和低速的传递运动装置的较好选择是直线开关磁阻电机(LSRM)。但是，这种电机很少得到运用，这是因为LSRM的数学模型很难准确建立，它的固有的牵引力脉动(类似于旋转开关磁阻电机的转矩脉动)也很难克服，因而控制起来比较困难。随着电力电子技术和数字技术的发展，直线开关磁阻电机以其简单结实的电机结构、优越的性能和经济指标，近年来受到学术界的极大关注，不少大学和研究机构都开展了研究工作，取得了一定的成就。本文在“通过先进的控制策略简化机械装置”的指导思想下，结合目前国际学术界的最新研究成果，对直线开关磁阻电机的理论、结构设计和系统仿真进行了一系列的研究。 本文从最基本的理论公式推导出直线开关磁阻电机的数学模型，并在此基础上结合具体参数进行电机的结构设计，分析了各参数的静态特性，推导出动态方程和传递函数，建立了非线性动态模型，利用该模型进行系统的动态特性分析，给出仿真结果；对系统进行优化，提出了一种简单可行的参数选择方法。仿真结果表明，其动态响应性能明显提高。在分析常用功率变换器的基础上，引进软开关技术，用来降低电机的损耗和脉动。采用TMS320VC33进行数据处理，给出了与DSP相连接的相关检测电路。 为了降低和消除开关磁阻电机的脉动和噪声，本文利用滑模变结构控制具有快速响应和对外部变化不灵敏等优点，设计了LSRM滑模变结构控制系统。仿真结果表明，其效果明显。 本文研究的目的在于把直线电机的结构和开关磁阻电机的原理和控制方式结合起来，对直线开关磁阻电机进行深入的分析，并在动态特性上进行较多的理论和仿真分析，在保持开关磁阻电机固有的优点上，进一步简化电机的结构，使之能在一些特殊场合使用，以提高整个传动系统的效率。 研究结果表明，直线开关磁阻电机的结构十分简单，控制策略相对成熟，因而直线开关磁阻电机的研究和推广运用是很有前途的。
上传时间： 2013-06-20
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开关磁阻电机（SR电机）驱动系统（SRD）是一种先进的机电一体化装置，但是其较大的振动噪声和转矩脉动问题制约了SRD的广泛应用。本文以减小SR电机振动噪声和转矩脉动为主题展开理论分析和实验研究。主要内容有：由于径向力引起的定子径向振动是SR电机噪声的主要根源，因此径向力的分析和计算是研究SR电机振动噪声的基础。本文利用磁通管法推导出径向力的解析表达式，定性分析了径向力与电机结构参数等之间的关系。根据虚位移原理，推导出基于矢量磁势的电磁力计算公式。该计算方法求解电磁力时只需进行一次磁场计算，不但减小了计算量，同时计算精度较传统虚位移法高。利用这一计算方法，求出了实验样机的转矩及径向力的精确数值解。针对在SRD性能仿真时，传统的非线性插值不但耗时，而且对有限元计算数据量要求高的问题，本文利用人工神经网络强大的非线性模型辨识能力，成功进行了SR电机磁链反演和转矩计算的模型训练，最后建立了基于人工神经网络的SR电机精确解析数学模型。因为SR电机本体结构形式的选择问题与振动噪声大小有着密切的关系。本文从噪声辐射和振动幅值角度探讨了SR电机主要尺寸的确定；接着从对称性、力波阶数等角度研究了SR电机相数及绕组连接方式、极数、并联支路数的选择问题。并对一些常用的降低电机机械噪声的措施和方法进行了综述。系统振动特性的研究对于减小振动噪声十分重要。本文从振动系统的运动方程出发，导出了从激振力到振动加速度的传递函数和系统的自由振动解；然后利用机电类比法得出了SR电机定子系统的固有频率以及振动振幅的解析解，定性分析了影响振动振幅的各种因素；最后利用基于能量法的有限元解法，通过建立不同的散热筋结构形式、高度、根数以及形状的SR电机三维有限元模型，分析得出了最有利于降噪和散热的散热筋结构是高度高、根数多、上窄下宽的梯形截面的周向散热筋的结论。通过建立不同绕组装配工艺下的SR电机三维有限元模型，分析得出了加强绕组刚度可以提高系统低阶固有频率的结论。通过比较实验样机的模态分析结果和运行实验结果，证实了模态分析的有效性。仿真是计算SRD系统性能和预估电机振动的有效手段。本文在用MATLAB建立SRD系统的非线性动态仿真模型的基础上，对SRD系统进行了稳态性能仿真、动态性能仿真以及负载突变仿真。接着利用稳态性能仿真，综合考虑最大平均转矩和效率这两个优化目标，对SR电机的开关角进行了优化。最后结合由磁场有限元计算得到的径向力数据表和稳态性能仿真，通过非线性插值得到径向力的波形，然后对径向力波形进行了频谱分析，从而找到其主要的谐波分量。在电机设计阶段避免径向力波主要频谱分量与SR电机定子的固有频率接近而引起共振是降低SR电机噪声的首要条件。合适的控制策略对于SR电机减振降噪是必不可少的。本文理论推导出三步换相法的时间参数取值公式。仿真证明本取值公式较原先文献的结论在阻尼比较小时有更好的减振效果。针对SR电机运行中可能出现多个模态振形被激发出来的情况，利用数值优化法对三步换相法的时间参数进行了优化，使得减振效果整体最佳，所提的数值优化方法对两步换相法同样有效。在分析已有的直接瞬时转矩控制的基础上，针对其不足之处，提出了转矩定频控制取代内滞环的方法、开始重叠区域的转矩控制方法、最佳开关角度二次优化法和时间参数优化的三步换相法等新的控制方案。动态仿真证明这些方案是切实有效的，达到了预期效果。最后在直接瞬时转矩控制的每一次转矩斩波都使用三步换相法，和在相关断时刻根据实际电平灵活选用两步或三步换相法以减小电机振动噪声，并提出了考虑减振要求的开关频率设计方法，最终形成了一套完整的降低振动噪声和转矩脉动控制策略。设计并研制了基于TMS320LF2407DSP的SR电机控制器。根据控制策略要求，选用了不对称半桥功率电路拓扑结构；出于降低成本以及提高可靠性考虑，采用了MOSFET双路并联电路方案。在控制软件中实现了本文所提出的降低SR电机振动噪声和转矩脉动控制策略。本文最后对实验样机进行了静态转矩的测量实验，对比转矩测量值与转矩有限元计算值，验证了磁场有限元计算的有效性。然后对实验样机进行了空载与负载、电流控制与转矩控制、低速斩波与高速单波、是否采用两步或三步换相法等一系列对比运行实验，对比各种实验结果，充分证实了本文所提出的降低振动噪声和转矩脉动控制策略的有效性。本课题组承担了国家十·五863计划电动汽车重大专项：“EQ6110HEV混合动力城市公交车用电机及其控制系统”（2001AA501421）。本文的研究是在该项目的资助下完成，并且本文关于电机本体结构形式、散热筋结构和机械降噪措施等的结论已在该项目的60kW实验样机上得到证实。
上传时间： 2013-07-05
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超级电容器是一种介于电池和静电电容之间的新型储能元件，其功率密度比电池高数十倍，能量密度比静电电容高数十倍。具有充放电速度快、对环境无污染、循环寿命长等优点，有希望成为21世纪的新型绿色能源。 设计了一个主回路以BUCK降压电路为主，控制回路以单片机89C51为核心的超级电容器充放电测试系统，用于测试超级电容器充放电性能。本系统通过检测超级电容器的端电压、电流和温度，并将采集到的信号由ADC0809转换为数字信号，送入89C51分析处理后，再经DAC0832输出，调节脉宽调制器TL494的电压信号，调整PWM的输出值，控制BUCK转换电路中MOSFET功率开关的占空比，从而改变输出直流电压的大小，实现恒流控制。超级电容器充电方法采用分阶段恒流充电，依照充电状态的不同，适时调整充电电流大小，避免过充电造成超级电容器损害。在其控制方法和实现手段上，主要通过单片机的设定值与实测值的比较来控制电路的输出，也可以通过模糊控制技术来实现，并用MATLAB进行了仿真实验，仿真结果证明采用模糊控制能够取得更好的效果。在整个系统的保护功能方面，采用了过压、过流以及过热等的保护方法，实现软硬件对系统的保护。 利用本测试系统可以对超级电容器进行恒电流充放电，其充放电曲线基本上呈现线性。模糊控制能针对电容器充电状态的不同，适时给予不同的充电电流，不至于发生大电流过充造成超级电容器受损的情况，确保使用寿命。 解决了系统的电磁兼容，从而能够保证系统能够安全可靠地工作。在电路装置硬件电路、软件以及印制电路板设计中所采取了一些抗干扰措施，可以有效地预防一些干扰带来的误差，提高了系统的可靠性和稳定性。
上传时间： 2013-04-24
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