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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上传时间： 2013-06-14
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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原理微型电机，该类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，通过摩擦耦合使运动体产生旋转或直线运动。这种电机具有结构紧凑、响应快、低速大力矩、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、汽车、航空航天等方面有着广泛的应用前景。 二十多年来超声波电机的研究取得了很大的进展，有些机型已经逐步产业化。为了适应超声波电机推广应用和产业化发展的需要，必须加强电机驱动控制技术的研究工作。目前，小型化、通用化、高性能的驱动电源和简单、实用的控制技术已成为国内外研究的热点。本文总结了国内外关于超声波电机的驱动控制技术以及其驱动电源的设计理论与经验，分析了电机的阻抗特性及其谐振频率漂移的影响因素。在此基础上，本文提出了基于保持电机驱动电压、电流间相位差恒定不变的频率跟踪方法，设计了一种新型的超声波电机驱动电源。 本文开展的主要研究工作如下： （1）简要介绍了超声波电机的基本原理、独特优点、发展历史以及本论文的选题意义和主要内容。 （2）分析了超声波电机的阻抗特性，在此基础上研究了电机频率漂移的原因及不利影响，总结了各种实现频率跟踪的方法。 （3）在理论分析的基础上，提出了基于保持超声波电机驱动电压、电流间相位差恒定不变的频率跟踪方法，该方法可以由锁相环CD4046实现。 （4）对所设计的超声波电机驱动电源进行实验，从实验结果可知该电源能够有效地驱动电机，并且频率跟踪的效果较好，电机转速的变化可稳定在4％左右。
上传时间： 2013-06-27
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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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同步电动机以其可调的功率因数和输出转矩对电网电压波动不敏感等良好的运行性能，在大功率电气传动领域独占螯头。同步电机虽然有很多优点，但它的最大缺点是起动困难。目前，大功率同步电机的软起动大多采用静止变频器起动方式，但由于变频器多采用晶闸管作为功率器件从而要依靠电动机产生的反电势才能自行关断并且辅助设备较多。而一旦逆变器换流失败就会导致电动机起动失败。针对晶闸管不能自行关断的缺点，本文研究了一种以IGBT做为变频器功率器件的转速开环恒压频比控制的起动方法。 @@ 首先，根据同步电动机的工作原理对同步电动机的起动特性进行了详细分析，并对全压异步起动方法进行了仿真研究，得出了起动过程中电动机相电流、电磁转矩等参数的变化曲线。针对异步起动过程中定子绕组产生过大冲击电流的问题，提出了逐级变频的转速开环恒压频比控制同步电动机软起动方法。阐述了逐级变频开环控制同步电动机软起动的原理，即通过逐级改变变频器输出频率使转子转速跟随定子旋转磁场转速逐级升高至额定值。推导出起动过程中变频器逐级变化的频率与电动机转动惯量、电磁转矩等参数的关系式。通过对一台同步电动机做工频起动和低频起动的仿真研究，证明了同步电动机在低频下依靠同步电磁转矩自行起动的可行性。通过计算转子转速达到相应同步转速的时间来确定变频器逐级升高的电压频率随时间的变化规律。然后，在采用电压型交直交变频器作为同步电机变频电源的基础上，设计了恒压频比逐级变频软起动的控制方案，利用MATLAB/SIMULINK构建了转速开环恒压频比控制同步电动机软起动的数学模型，对同步电动机的起动过程进行仿真试验，并且分别对空载起动和负载起动过程进行了分析。仿真结果验证了转速开环控制同步电动机软起动的可行性。 @@ 针对同步电动机起动后的并网问题进行了理论分析，并研究了相应的并网控制方案。应用MATLAB/SIMULINK对并网过程进行仿真试验，给出并网瞬间电网电压、同步电机相电流等参数变化曲线，从而验证了并网方案的可行性。 @@ 最后，对所做工作进行了总结，并展望了大功率同步电动机的软起动技术。 @@关键词：同步电动机；软起动；变频器；恒压频比
上传时间： 2013-05-26
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电机是现代工业生产和日常生活最主要的原动力和驱动装置。电机一旦发生故障，会造成不同程度的经济损失和社会影响。因此研究不同场合、不同运行状态下电机故障诊断理论和相关技术具有很高的实用价值。 电机出现故障时，故障信号中往往含有大量的时变、短时突发性质的成分。因此可以通过检测、分析故障信号，获得电机的故障信息。传统的信号分析方法，如傅立叶变换，是一种纯频域分析，缺乏空间局部性，不能满足故障信号分析的要求。而小波分析和小波包分析法具有良好的时频局部性，能够将信号在任意频段进行划分，从而使在不同频段的各种故障特征信号更加容易被识别和提取。基于小波包分析处理非平稳信号的优越性，本文选用小波包分析对电机故障信号进行分析检测。 本文在研究了异步电机常见故障类型和诊断方法的基础上，详细分析了电机滚动轴承异常、转子断条、气隙偏心等故障原因，采用基于信号分析法中的振动诊断法和定子电流检测法，对电机滚动轴承故障、转子断条故障进行诊断。对于存在已知轴承故障的电机，在故障状态下采集到振动信号，利用峭度值计算和小波包分析相结合的方法，选用db3作为小波基，进行小波包分析，对包含有故障特征频率信息的信号进行重构，获得轴承故障特征频率，根据故障特征频率的数值和能量，确定出轴承故障的类型。应用小波包分析和FFT相结合的方法，选用Coif5为小波包基，检测转子断条故障特征频率。在此基础上，采集故障电机的振动信号和电流信号，并分别应用上述方法进行了仿真模拟实验，结果表明这些方法是准确可行的。 论文以DSP为核心，完成了电机故障诊断系统的硬件电路的设计，包括信号检测电路、调理电路，A/D转换电路等，并给出了主要的软件流程图。
上传时间： 2013-04-24
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函数发生器又名任意波形发生器，是一种常用的信号源，广泛应用于通信、雷达、导航等现代电子技术领域。信号发生器的核心技术是频率合成技术，主要方法有：直接模拟频率合成、锁相环频率合成（PLL）、直接数字合成技术（DDS）。DDS是开环系统，无反馈环节，输出响应速度快，频率稳定度高。因此直接数字频率合成技术是目前频率合成的主要技术之一，其输出信号具有相对较大的带宽、快速的相位捷变、极高的相位分辨率和相位连续等优点。本文的主要工作是采用SOPC结合虚拟仪器技术，进行DDS智能函数发生器的研制。 本文介绍了虚拟仪器技术的基本理论，简要阐述了仪器驱动程序、VISA等相关技术。对SOPC技术进行了深入的研究：SOPC技术是基于可编程逻辑器件的可重构片上系统，它作为SOC和CPLD/FPGA相结合的一项综合技术，结合了两者的优点，集成了硬核或软核CPU、DSP、锁相环、存储器、I/O接口及可编程逻辑，可以灵活高效地解决SOC方案，而且设计周期短，设计成本低，非常适合本设计的应用。本文还对基于DDS原理的设计方案进行了分析，介绍了DDS的基本理论以及数学综合，在研究DDS原理的基础上，利用SOPC技术，在一片FPGA芯片上实现了整个函数发生器的硬件集成。 本文就函数发生器的设计制定了整体方案，对软硬件设计原理及实现方法进行了具体的介绍，包括整个系统的硬件电路，SOPC片上系统和PC端软件的设计。在设计中，LabVIEW波形编辑软件和函数发生器二者采用异步串口进行通信。利用LabVIEW的强大功能，把波形的编辑，系统的设置放到计算机上完 成，具有人机界面友好、系统升级方便、节约硬件成本等诸多优势。同时充分利用了FPGA内部大量的逻辑资源，将DDS模块和微处理器模块集成到一个单片FPGA上，改变了传统的系统设计思路。通过对系统仿真和实际测试，结果表明该智能型函数发生器不仅能产生理想的输出信号，还具有集成度高、稳定性好和扩展性强等优点。关键词：智能型函数发生器，虚拟仪器，可编程片上系统，直接数字合成技术，NiosⅡ处理器。
上传时间： 2013-07-09
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直接转矩控制技术是继矢量控制技术之后交流调速领域中新兴的控制技术，它采用空间矢量的分析方法，在定子坐标系下计算并控制转矩和磁链，以获得转矩的高动态性能。比较于矢量控制，它省去了复杂的矢量变换，克服了对电机转子参数的依赖性，具有转矩响应快的优点。然而，异步电动机的直接转矩控制系统存在转矩、电流和磁链脉动较大，开关频率不恒定的问题。本文在传统直接转矩控制的基础上，针对其存在的缺点提出了基于空间矢量脉宽调制的直接转矩控制策略。 这种新型的直接转矩控制策略使空间矢量脉宽调制技术和直接转矩控制技术相结合。把电动机和PWM逆变器看成一体，使电动机获得赋值恒定的近似理想的圆形磁场，解决其转矩、电流、磁链脉动大，开关频率不恒定的问题。在论文撰写的过程中做了如下工作： 根据电机原理和坐标变换理论，建立定子正交α—β两相静止坐标系下的异步电动机的数学模型，包括电机的磁链模型、转矩模型和运动方程。 设计PI控制器，该控制器把转矩和磁链误差信号转换成参考电压，然后通过坐标变换把参考电压变换成SVPWM模块所需的指令电压，对SVPWM模块进行控制。 设计SVPWM控制模块，其中设计了期望电压空间矢量的合成方法，矢量区段的判断，计算了开关器件的导通时间和时刻。 通过理论分析和设计各个模块，组成了控制系统逆变器部分的仿真模型。在MATLAB/SIMULINK仿真工具箱中搭建仿真模型，通过设置合理的仿真参数、电机参数、给定量参数以及PI控制器的控制参数对系统进行仿真研究，从而在理论上验证系统设计的正确性。 仿真实验结果证明了这种基于空间矢量脉宽调制的直接转矩控制方法可以有效改善直接转矩控制系统的性能。减小传统直接转矩控制中的磁链和转矩脉动，并使逆变器工作在恒定的开关频率。最后总结论文所做的研究工作，并展望了今后的研究重点和方向。
上传时间： 2013-04-24
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随着电力电子技术的发展，各类电力电子装置应运而生，这些产品在出厂前需要根据不同的需要进行相应的测试和校验。传统的负载测试存在着能耗大、灵活性差等诸多缺点，已经越来越不能满足各种测试场合的要求，特别是一些要求用动态变化的负载、非线性负载、具有负阻特性的负载以及有源负载等测试场合。因此针对这一问题，本文利用电力电子技术结合计算机技术、控制技术等设计了一种通用的交流电子负载模拟装置，以满足各种测试场合的要求。 @@ 交流电子负载是一种可以模拟真实负载的电力电子装置，它不但可以模拟传统的线性负载，也可以模拟各种非线性负载、有源负载等其他形式的负载。目前国内外对电子负载的研究还不成熟，有些是使交流电源按照一定的功率放电，但是输出电流却与真实负载测试下的电流有较大的差别；而有些虽然能够准确控制电源的放电电流取得和真实负载一样的效果，但试验电能完全被消耗掉，造成很大的浪费。本文研究的新型交流电子负载克服了以上电子负载方案的缺点，可以满足各种试验场合的测试需求，能够在很大程度上减少能量浪费，丰富试验样式且节约试验成本。 @@ 本文分析了能馈式交流电子负载的模拟原理，确定了采用中间直流环节的交-直-交主电路结构，其一端接待测交流电源，另一端接低压交流电网。前级负载模拟环节和后级能量回馈环节均采用可四象限运行的电压型PWM（Pulse Width Modulation）变换器。负载模拟环节直接与待测电源连接，采用电流滞环瞬时值比较方式，使电源输出的实际电流信号准确、快速的跟踪其指令电流信号值，使得电子负载对待测电源呈现设定的负载形式，完成电子负载的模拟功能；能量回馈环节与电网连接，通过控制输出电流与电网电压同频、同相位，实现试验电能的单位功率因数回馈电网的目的，变换器的控制采用常规的双闭环控制方式，电流内环控制实际电流跟踪指令值的变化，电压外环通过控制输出电流的大小使直流侧母线电压稳定为设定指令值。 @@ 电子负载系统在负载模拟部分通过人机接口设定具体负载形式和负载属性，为了更加准确快速的得到电流指令信号值，文中采用更加直接的数值计算方 法，由数字信号处理器实时计算出该给定负载模式下的指令电流值。使用交流小信号分析法得到了系统的频域方块图，并对主电路元件参数以及调节器进行了优化设计。针对大功率开关管开关频率存在的限制，本文提出了几种提高电流跟踪精度的改进方法，取得了良好的效果。整个系统在PSIM平台上进行了不同工作模式下的仿真，仿真结果表明方案切实可行。最后依据仿真方案设计基于TMS320F2812的控制系统和功率电路，使用PROTEL软件进行了原理图的绘制。@@关键词：电子负载；能量回馈；电压型变换器；滞环PWM电流控制；双闭环；PWM整流器
上传时间： 2013-05-26
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变频器在各行各业中的各种设备上迅速普及应用，已成为当今节电、改造传统工业、改善工艺流程、提高生产过程自动化水平、提高产品质量以及推动技术进步的主要手段之一，是国民经济和生活中普遍需要的新技术。但是现有变频器的调制算法尚存在一些缺点，如开关损耗大和共模电流大等，因此有必要研究和设计高性能调制算法的变频控制器。鉴于此，开展了以下工业变频器高性能调制算法为对象的研究内容： 在阐述了工业变频器系统的结构、调制算法、调速算法的基础上，结合数学模型，分析了共模电压产生的原理、共模电流其影响和危害，给出了共模电压和共模电流的关系。总结其他的抑制共模电压的方案基础上，提出一种新的共模电压抑制SVPWM；还阐述了死区产生的原因及其影响，以及死区补偿的原理并将上述两个调制算法利用MATLAB/SIMULINK软件对该系统给予了全面的仿真分析。 变频器硬件部分设计包括整流滤波电路、逆变器功率电路、上电保护电路、DSP控制系统及其外围电路、IGBT驱动及保护电路以及反激式开关电源，对于传感器检测滤波电路的具体电路参数设计，是在PSPICE上仿真基础上得出。并在考虑成本、EMC、效率等因素后考虑完成了所有硬件相关的原理图绘制和PCB绘制； 变频器软件部分设计包括主程序、键盘扫描程序、系统状态处理程序、PWM发送中断程序、电机启动函数、电压调整程序、AD采样中断程序以及故障保护中断程序。在实现一般SVPWM的基础上，根据之前理论和仿真得到的共模电压抑制SVPWM、以及死区补偿算法，将这两个对SVPWM进行改进的调制算法在硬件平台上实现。 在硬件电路完成设计的各个阶段，逐渐编制相应的控制程序，并进行调试，并完成整个程序的编制和调试。此外，还调试了系统所需的反激式开关电源。整个系统调试中遇到了很多问题，如键盘消除抖动问题、共模电压抑制SVPWM出现的直通现象等。最终完成了工业变频器样机，并且采用的是文章中研究的调制算法，效果良好，达到设计的目的； 提出了一种将有源功率因数校正(PFC)技术引用到串级调速中来提高定子侧功率因数的新方法。通过建立电动机折算到转子侧的等值电路，重点分析了有源PFC技术代替传统串级调速系统中的不控整流桥后，系统可以等效为转子串电阻调速。得到了等效串电阻的计算公式和变化趋势，对电动机功率因数、电磁转矩脉动也进行了分析，发现能够比传统串级调速时有所提升。鉴于电动机转子侧电势频率非常低，分析了有源PFC的具体实现的特殊考虑和参数选取方法，并基于对称平衡的Scott变压器和两个单相有源PFC电路实现了绕线电动机转子侧的三相有源低频PFC，得到超低纹波的直流输出电压。利用MATLAB建立了完整的仿真平台，所得结果验证了理论分析的正确性。
上传时间： 2013-07-09
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