电压源型PWM逆变器在当前的工业控制中应用越来越广泛,在其应用领域中,交流电动机的运动控制是其很重要的组成部分。在PWM逆变器的控制过程中,设置死区是为了避免逆变器的同一桥臂的两个功率开关器件发生直通短路。尽管死区时间很短,然而当开关频率很高或输出电压很低时,死区将使逆变器输出电压波形发生很大畸变,进而导致电动机的电流发生畸变,电机附加损耗增加,转矩脉动加大,最终导致系统的控制性能降低,甚至可能导致系统不稳定。为此,需要对逆变器的死区进行补偿。本文针对连续空间矢量调制提出了一种改进的减小零电流钳位和寄生电容影响的死区效应补偿方法;针对断续空间矢量调制提出了通过改变空间矢量作用时间,来改变驱动信号脉冲宽度的补偿方法,并对这两种方法进行了理论分析和仿真研究。 本文首先详细分析了死区时间对逆变器输出电压和电流的影响,以及功率开关器件寄生电容对输出电压的影响。其次对已提出的减小零电流钳位和寄生电容影响的死区效应补偿方法进行了理论分析,该方法先计算出补偿电压,再对由零电流钳位现象引起的补偿电压极性错误进行校正,极性校正的参考量为d轴补偿电压的幅值,然而补偿电压的大小随电流的变化而变化,因此该方法存在电压极性校正时参考量为变化量的缺点,而且该方法只适用于id=0的控制方式,适用性较差。针对这些问题,本文提出了改进的减小零电流钳位和寄生电容影响的补偿方法,改进后的方法是先对由零电流钳位现象引起的电流极性错误进行校正,然后再计算补偿电压的大小,电流极性校正时的参考量为三相电流极性函数转化到γ-坐标系的函数sγ的幅值,sγ的幅值与补偿电压大小无关为恒定值,而且适用于任何控制方式,适应性强。再次把改进的减小零电流钳位和寄生电容影响的死区效应补偿方法应用到PMSM矢量控制系统中,采用MATLAB和Pspice两种方法进行了仿真研究,仿真结果验证了补偿方法的有效性。对两种仿真结果的对比分析,表明PSpice模型能更好的模拟逆变器的非线性特性。 最后,文章分析了连续空间矢量调制和断续空间矢量调制的输出波形的区别和死区对两种波形影响的不同。针对DSP芯片TMS320LF2407A硬件产生的断续SVPWM波,提出了根据电压矢量和电流矢量的相位关系,通过改变空间矢量作用时间,来改变驱动信号脉冲宽度,对其进行死区补偿的方法。给出了基本空间矢量作用时间调整的实现方法,并建立了MATLAB仿真模型,进行仿真研究,仿真结果验证了补偿方法的正确性和有效性。
上传时间: 2013-06-04
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随着电力电子技术、微处理器技术以及控制技术的发展,基于转子磁链定向的交流电机矢量控制系统以其优良的性能受到了广泛应用。采用SVPWM逆变器的异步电动机矢量控制系统在转速参考值变化或者负载转矩参考值变化的动态情况下,参考电压矢量可能会超出基本空间矢量构成的正六边形,此时便出现动态过调制,需要用过调制策略将超出的电压矢量重新限定在正六边形边界内。不同的过调制策略会给整个系统带来不同的动态性能,本文在对过调制策略进行完善的基础上,针对三种过调制策略对交流电动机动态性能的影响进行了研究,并对其机理进行了理论分析与探讨。 @@ 本文首先以三相异步电动机在两相静止坐标系下的动态方程为基础,按照转子磁链定向,设计了转子磁链观测器,完成了励磁电流分量和转矩电流分量的解耦,并构建了基于SVPWM的异步电动机矢量控制系统的MATLAB仿真模型。在矢量控制中,电流控制对系统性能具有重要影响。为了改善系统性能,所设计的矢量控制系统采用了同步电流控制,并对反电势进行了前馈补偿。 @@ 在分析了现有的三种过调制策略之后,对过调制策略进行了完善,并构建了异步电动机矢量控制系统的过调制仿真模型。过调制中,当原参考电压矢量位于正六边形中任意两个扇区交界附近时,过调制策略2和3所得到的新电压矢量仍会超出正六边形边界,过调制算法不再适用于此区域。针对以上不足,本文对过调制策略2和3进行了完善,使过调制算法适用于所有区域。采用完善后的过调制策略对转速参考值变化和负载转矩参考值变化的异步电动机矢量控制系统进行仿真,发现在加速与加载的条件下,过调制策略2的动态性能好于过调制策略1,而过调制策略3的动态性能最佳,具有最小的动态响应时间,暂态性能优良;在减载的条件下,过调制策略1和2能够很快的进入稳定状态,但是过调制策略3却出现问题,动态响应时间很长,说明此策略具有一定的局限性。 @@ 本文深入探讨了三种过调制策略导致不同动态性能的内在机理,通过对三种过调制策略中电压矢量的幅值和相位进行分析,理论上解释了出现不同动态响应时间的原因。出现过调制时,过调制策略2中新电压矢量的幅值总是大于过调制策略1中新电压矢量的幅值,所以动态性能更好。在加速和加 载条件下,过调制策略3中新电压矢量的相位总是超前于过调制策略1和2中新电压矢量的相位,因此可以获得更快的动态响应,暂态性能更佳。但是在减载条件下,过调制策略3中新电压矢量与原电压矢量间的相位关系处于无规律的超前滞后状态,导致过调制策略3出现问题,动态响应时间很长,说明此过调制策略有其不足之处,有待于改进。@@关键词:SVPWM;矢量控制;过调制;动态性能
上传时间: 2013-06-27
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近年来,多电平逆变器在高压大容量电能变换中得到广泛应用,而其控制策略和电路拓扑等已成为了研究热点。相对传统的两电平逆变器,它具有效率高动态性能好,对电动机产生的谐波少,适合高压大容量等优点。但随着电平数的增加,基本控制算法越来越复杂,同时还存在中点电压不平衡等问题。将DSP数字控制技术应用于多电平逆变器不仅简化了系统的硬件控制电路,提高了系统性能,还可以实现系统的优化控制。 本文以二极管箝位式三电平逆变器为研究对象,首先介绍了三电平逆变器的拓扑结构和工作原理,对三电平逆变器的电路方程进行了深入的分析,在开关函数的基础上建立了三电平逆变器的数学模型。在此基础上,对空间电压矢量脉宽调制(SVPWM)算法进行了改进,并详细推导了该调制算法的计算公式,结合中点电位控制来确定开关矢量的作用顺序,使仿真和实现都比较容易。然后重点分析了三电平逆变器直流侧电容电压不平衡问题产生的原因,提出了一种能控制逆变器直流侧电容中点电位平衡的电压空间矢量脉宽调制方法。最后采用MATLAB仿真软件对所推导的三电平逆变器SVPWM调制算法和中点电位平衡控制方法进行了仿真分析,证明了该调制算法的正确性和可行性。
上传时间: 2013-05-20
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近年来,光伏发电技术取得了长足的进步,太阳能已经成为当今能源的一个重要补充。光伏并网发电是太阳能大规模利用的必然趋势。本文以光伏并网发电系统的核心设备并网逆变器为研究对象,首先给出了单相光伏并网逆变器的详细的硬件设计过程,然后对光伏阵列的最大功能点跟踪、逆变器的特性及控制方法、并网系统的人机交互子系统等进行了深入的研究。 并网逆变器的硬件设计是整个系统的基础和难点之一。本文设计了1套额定功率为3KW的两级式光伏并网逆变器,采用F2812DSP作为系统的控制核心。文章对整个硬件的设计过程和电路原理进行了详细分析。 为提高系统效率,光伏阵列都要求工作在最大功率点处。本文在分析了各种MPPT方法的优缺点的基础上,提出了基于移相全桥电路的电导增量法,给出了整个算法在DSP中的实现过程。 并网逆变器输出级的跟踪控制技术是系统设计的关键点之一。本文详细分析了逆变器输出级的电路工作模式和数学模型,深入分析了T型输出滤波器的原理及电网电压对输出电流的影响,提出了基于前馈补偿的数字PI控制,并给出了其在DSP中的实现过程。 为完成对并网系统的监控和设置,设计了人机交互子系统,该系统是一个小型嵌入式系统,用MODBUS协议实现了子系统和控制系统的通信。本文详细分析了整个子系统的软硬件设计过程。 最后,对整个系统进行了实验验证,结果表明了系统方案的可行性,系统实现了稳定可靠运行。
上传时间: 2013-05-26
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地铁列车牵引转矩控制是影响列车安全可靠运行的重要因素,牵引变流模块是整个列车交流传动系统的核心设备,而牵引转矩控制又是最关键的部分。本文以某城市国产化地铁列车为研究对象,主要针对牵引转矩控制方案进行研究并通过设计列车通信网络对牵引转矩实施监测。 论文首先介绍地铁列车牵引转矩控制的研究现状,分析目前高性能交流调速方法在地铁列车牵引转矩控制中的应用现状。并简要介绍了网络监测技术的研究现状和CANopen总线协议在轨道交通车辆中的国内外应用现状。 采用可编程逻辑控制器PLC及其子模块构建了通信网络的硬件结构,并设计了通信网络软件。对CANopen的通信报文进行了具体设计,实现了应用层协议CANopen的功能。 根据实际运行的需求,对牵引电机转矩控制、牵引逆变器的PWM控制方式进行了研究。采用带转矩内环的转速、磁链闭环矢量控制方法,应用带定时调制环节的滞环电流比较PWM和优化脉冲控制方案分段对逆变器进行PWM控制。通过设计牵引系统与CANopen网络的数据接口,实现了通信网络对牵引控制效果的监测,并对牵引特性曲线进行分析;选取特性曲线上的特定工作点,对牵引控制效果进行了分析说明。测试结果表明本文讨论的牵引矢量控制和PWM控制方案能够很好地满足列车运营对牵引转矩的要求。 目前,该系统正在进行线路运行调试和性能改进,准备交付用户进行商业线路运营,具有很好的工程应用价值。
上传时间: 2013-08-02
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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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逆变电源的发展是和电力电子器件的发展联系在一起的,随着现代电力电子技术的迅猛发展,逆变电源在许多领域的应用也越来越广泛,同时对逆变电源输出电压波形质量提出了越来越高的要求。逆变电源输出波形质量主要包括三个方面:一是输出稳定精度高;二是动态性能好;三是带负载适应性强。因此开发既具有结构简单,又具有优良动、静态性能和负载适应性的逆变电源,一直是研究者在逆变电源方面追求的目标。本文对逆变电源三闭环控制方案、输出相位控制、逆变电源数字化控制系统进行研究,以期得到具有高品质和高可靠性的逆变电源。 本文研究了单相全桥逆变电源与三相桥式逆变电源主电路参数,包括逆变器、吸收电路、驱动电路、变压器和滤波器,并对逆变电源变压器的偏磁产生原因进行了深入分析,最后给出了有效的抗偏磁措施。针对三相桥式逆变电源通常不能保证三相电压输出平衡,研究了一种可以带不平衡负载的三相逆变电源。研究了逆变电源的控制原理,建立了逆变电源系统动态模型,在此基础上对逆变电源的各种控制方案的性能进行了对比研究,从而确定了一种新颖的高性能逆变电源多闭环控制方案。另外,针对逆变电源输出相位存在固有滞后问题,采用了一种利用电压瞬时值内环对逆变电源滞后的相角进行补偿控制的策略,分析表明上述控制策略虽然有效,但无法做到输出相角稳态无差,对此,提出一种移相控制方案设想,相当于在原多环控制方案的基础上加了一个相位控制环。这样可以使逆变电源输出相位误差得到有效的补偿,输出相位精度更高。文章设计了逆变电源数字控制系统,采用TMS320LF2407A控制产生SPWM波,给出控制系统DSP程序运行流程图,并用DSP对其进行了实现数字化。多环反馈控制系统的采用,使系统具有优异的稳态特性、动态特性和对非线性负载的适应性,使逆变电源的性能得到有效提高。
上传时间: 2013-04-24
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近年来,随着计算机技术、网络技术与无线通信技术的高速发展和广泛应用,无线传感器网络已成为国际上备受关注的前沿热点之一。无线传感器网络在军事应用、环境监测、医疗护理、空间探索等方面都显示了广阔的应用前景,被认为是21世纪最有发展前景的技术之一。 本文通过对无线传感器网络的发展现状、发展趋势以及水环境多参数监测特点的研究,提出了面向水环境多参数监测应用的无线传感器网络系统的解决方案,分析了系统设计的目标和功能,并指出了系统软硬件平台的设计要求与设计原则。依托2006年江苏省科技攻关项目“总线化智能多参数高精度检测与控制仪表”,设计了基于Silicon Laboratories的C8051F310处理器和CC2420射频芯片的硬件开发平台,详细地描述了硬件平台中各个功能模块的细节,并在此平台上实现和改进了SimpliciTI协议和IEEE802.15.4/Zigbee协议,最后对系统进行了测试。整个系统以无线传感器网络技术为核心,增强了系统的灵活性、可维护性和可扩展性,同时系统模块化、开放式的结构使系统具有良好的可移植性。 将无线传感器网络技术应用于水环境多参数监测,涉及到传感器技术、无线通信技术、计算机应用技术等多种技术。到目前为止,随着科学技术的不断进步,它还在不断地完善,前景尤为广阔。
上传时间: 2013-06-01
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本文介绍了埋弧焊的特点、发展过程、国内外的研究现状;分析了软开关逆变式主回路的优点、模拟电路控制系统和数字化控制系统的优缺点,指出数字化控制是逆变埋弧焊机控制的发展方向;对埋弧焊接工作原理和埋弧焊机控制系统进行分析,介绍了交流方波埋弧焊的优点;论述了变动送丝电弧控制系统的原理及影响因素,并且分析了变动送丝情况下焊接电弧的稳定性,为逆变式交流方波埋弧焊系统的设计提供了理论依据。 在分析传统交流方波埋弧焊主回路的基础上设计了主回路结构,对主回路中一次、二次逆变回路的软开关工作方式进行分析并做了简单仿真。IGBT是逆变电源的核心部件,文中论述了IGBT功率器件的选型和各种保护措施以保证系统的可靠工作。焊机工作发热量很大,本文介绍了整机和关键器件的热设计。 数字化控制方式是逆变埋弧焊机控制的发展方向,本文采用“MCU+DSP”的控制结构,对埋弧焊的整个焊接过程进行精确控制。文中详细介绍了主控制板的设计思路和电源、电流与电压反馈、控制芯片最小系统、通信与保护工作电路。焊机的工作中,各种干扰不可避免,对各种可能干扰分析的基础上在硬件电路设计和PCB板的制作中采取了相应的抗干扰措施。软件设计是焊接稳定进行的关键因素,文中介绍了控制系统中关键步骤的软件设计思路和流程并在软件的实现中采用抗干扰措施。 最后,对采用本控制系统的埋弧焊机进行初步实验,结果表明本文所设计的埋弧焊机控制系统能够满足逆变埋弧自动焊的要求,具有电路简单,控制精度高,抗干扰能力强、操作方便、工作稳定可靠等优点,提高了焊机的综合性能及自动化程度。 本课题所设计的逆变式交流方波埋弧焊电源具有良好的输出特性和控制性能,可满足埋弧自动焊和手工焊的要求。采用交流方波的焊接波形、对焊接整个过程进行实时软件控制,电弧稳定,焊接效果好。 关键词:埋弧焊;交流方波;逆变;软开关
上传时间: 2013-06-08
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随着市场经济和现代化工业的发展,能源短缺和环境污染,已经成为制约人类社会健康发展的两大重要因素。新能源的开发与利用愈来愈受到重视,太阳能以其清洁环保、蕴藏丰富等优点逐步得到了开发利用。光伏逆变电源作为太阳能利用中主要的能量变换装置,是目前研究和发展的重要环节。 本课题研究的是可并网三相光伏逆变电源,以追求体积小、效率高、精度大、方便实用为目的,采用了DC—HFAC—DC—LFAC三级功率传输架构,设计中使用了SPWM技术、SVPWM技术、内高频环技术、DSP数字控制技术和数字锁相环技术等前沿实用技术。 直流DC—DC变换器采用内高频环技术,既实现了电气隔离又大大的减小了装置体积。这一部分本文不做涉及,本文所涉及的内容为本系统的DC—AC逆变电源部分,本论文的主要内容如下: 首先,分析了几种DC—AC逆变器的主电路拓扑结构,根据其优缺点与实际应用需要,选择三相四桥臂结构作为本文主电路结构,满足了电网负载的不平衡性。在选择了三相四桥臂结构的基础上,选取两种最新的SVM控制方法:基于三态滞环的瞬时空间电流相量控制法与二维空间矢量控制法,对两种方法作出详细分析比较,根据实用性原则,选取二维空间矢量控制法作为本文的控制方法。 其次,选取了主控芯片TI公司的TMS320F2812,电路中的功能尽量数字化实现,既控制了电路体积,又大大提高了系统的安全性与可靠性。设计了本系统的控制电路、驱动电路、缓冲电路、保护电路、滤波器电路等系统电路,本系统所有硬件电路均设计完毕。为了验证设计的正确性,大部分电路都用ORCAD—Pspice仿真软件进行仿真验证,小部分电路搭建实际电路,设计电路都能达到系统设计要求。 随后,简单介绍了DSP编程环境CCS。详细分析了SVPWM的工作原理,并给出二维空间矢量法在DSP中的实现方法。介绍几种MPPT方法,并选取本课题所选用的方法。 最后,给出系统仿真,分析了重点模块,得到了仿真结果。 关键词:光伏并网电源、空间矢量脉宽调制、内高频环、三相四桥臂
上传时间: 2013-05-19
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