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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非接触电能传输技术是一门新兴的能量传输技术，它集合了电力电子能量传输技术、磁场耦合技术以及现代控制理论。由于这种电能传输方式没有接触摩擦，可减少对设备的损伤，不会产生易引燃引爆的火花，解决了给移动设备特别是在恶劣环境下，工作设备的供电问题。在交通运输、航空航天、机器人、医疗器械、照明、便携式电子产品、矿井和水下应用等场合有着广泛的应用前景。本文对非接触电能传输技术进行了理论和实验研究。主要研究内容如下： ⑴介绍了非接触电能传输技术的国内外研究现状，发展前景，基本原理与所涉及到的关键技术。 ⑵通过建立漏感模型，对采用各种补偿方式时，补偿电容的选择进行了分析与研究，并对不同补偿方式时，负载对系统传输效率的影响进行了分析。 ⑶介绍了PWM调制硬开关技术、软开关技术，比较分析了应用于无接触电能传输系统主变换器的几种逆变器拓扑结构，详细分析了移相全桥变换器的工作原理，在此基础上，对变换器进行改进，提出了基于移相全桥控制的谐振变换器，并对变换器的工作原理进行了详细分析。 ⑷对系统原副边主电路的主要参数进行了分析与设计，对松耦合变压器的结构选择、主要参数进行了分析与设计。 ⑸分别用通用DSP芯片TMS320F2812和专用控制芯片UC3875对系统的控制电路进行了设计。 ⑹对系统进行了仿真研究，在仿真成功的基础上，采用UC3875控制方案制作了实验样机，进行了实验研究。
上传时间： 2013-07-19
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逆变器广泛应用于工业生产的各个方面，数字控制具有方便实现复杂算法、抗干扰性强和产品容易升级等优点，已成为未来逆变器的发展趋势。使用数字技术控制设计逆变器，控制器的性能决定了逆变系统系统的性能。然而在很多高频应用的场合，目前常用的控制器的速度往往不能完全达到要求。与传统单片机和DSP芯片相比，FPGA器件具有更高的处理速度。同时FPGA应用在数字化逆变器设计中，还可以大大简化控制系统结构，并可实现多种高速算法，具有较高的性价比。在逆变器的全数字化控制领域，FPGA具有很好的应用价值。 论文首先介绍了SPWM基本原理及其控制方式，SPWM的生成方法，并结合本课题给出了查表法生成SPWM波的一般方法，且以单相全桥逆变器为例进行了仿真。分析其的电路特点，建立PWM逆变器的统一电路模型、连续状态空间以及离散状态空间模型，在此数学模型基础上，针对逆变器研究分析了目前用于逆变器设计的各种数字控制技术、控制方案，讨论了其控制方法的优缺点，相关控制器设计的一般问题，最后比较了其优缺点，指出其存在的共性问题，总结了使用FPGA设计逆变器数字控制器的优势。然后以单相电压型PWM逆变器为控制模型采用新型模数结合现场可编程门阵列FPGA实现数字化控制器的方案，给出了纯正正弦波逆变器的设计方案。 论文详细论述了采用模数混合型FPGA作为主控芯片的高频逆变器设计方法与实现过程。系统主控芯片采用Fusion系列AFS600，世界上首个模数混合型FPGA。主要设计要点包括：逆变器硬件电路设计以及SPWM数字控制系统软件设计。外围强电电路的设计的难点在于用于前端升压的高频变压器的设计以及输出端LC滤波电感与电容的选取。另外，SPWM“H”字全桥逆变电路中的高悬浮电压也是设计中需要值得注意的重要环节。在控制系统软件设计方面，采用FPGA自上而下的设计方法，对其控制系统进行了功能划分，完成了SPWM产生器以及加入死区补偿的PWM发生器、和反馈等模块的设计。 论文的结束部分给出了设计结果，并指出了进一步的工作的思路和方向。
上传时间： 2013-05-19
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大功率照明LED（Light Emitting Diode）是新一代光源，它光转换效率高，也称作绿色光源。由于大功率照明LED本身的伏安特性，大功率LED的开关电源的研究从一开始就遇到了困难。而发展LED照明是现在节能环保的大趋势，所以研究开发一种新型的大功率照明LED开关电源是很有必要的。 本文简要介绍了大功率LED的发光特性、伏安特性及其驱动方案，并回顾了大功率LED开关电源的发展历史，展望了未来趋势。给出了大功率LED开关电源课题的背景，并分析了设计难点。在此基础上，提出了一种新型两级式方案，前级为PFC级，后级为DC/DC级。PFC级采用电感电流临界连续模式的Boost变换器，DC/DC级采用准谐振模式的反激变换器。为了提高PFC级在低电压输入时的效率，采用了变电压输出的控制方案。 文中首先对采用临界连续工作模式的功率因数校正级的工作原理和主电路参数进行推导与设计，以及对基于L6562的PFC控制电路的设计进行了详细的研究。其次详细介绍了准谐振模式的理论基础和应用，对基于NCP1377B的反激变换器的工作原理和稳态特性进行了详细的分析；在此基础上提出了一种高效低损耗的准谐振变换器的设计方案。论文详细介绍了该方案的工作原理和特点，并分析了钳位电路及基于TSM103的恒压/恒流电路及线性稳压器在提出的两级式方案中的应用。 结合上面提到的方案，本文研制了一台全球输入电压范围（90～265Vac），12V/5A输出的大功率照明LED开关电源，实验结果验证了所提方案的可行性。
上传时间： 2013-07-15
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数字技术、电力电子技术以及控制论的进步推动弧焊电源从模拟阶段发展到数字阶段。数字化逆变弧焊电源不仅可靠性高、控制精度高而且容易大规模集成、方便升级，成为焊机的发展方向，推动了焊接产业的巨大发展。针对传统的埋弧焊电源存在的体积大、控制电路复杂、可靠性差等问题，本文提出了双逆变结构的焊机主电路实现方法和基于“MCU+DSP”的数字化埋弧焊控制系统的设计方案。 本文详细介绍了埋弧焊的特点和应用，从主电源、控制系统两个方面阐述了数字化逆变电源的发展历程，对数字化交流方波埋弧焊的国内外研究现状进行了深入探讨，设计了双逆变结构的数字化焊接系统，实现了稳定的交流方波输出。 根据埋弧焊的电弧特点和交流方波的输出特性，本文采用双逆变结构设计焊机主电路，一次逆变电路选用改进的相移谐振软开关，二次逆变电路选用半桥拓扑形式，并研究了两次逆变过程的原理和控制方式，进行了相关参数计算。根据主电路电路的设计要求，电流型PWM控制芯片UC3846用于一次逆变电路的控制并抑制变压器偏磁，选择集成驱动芯片EXB841作为二次逆变电路的驱动。 本课题基于“MCU+DSP”的双机主控系统来实现焊接电源的控制。其中主控板单片机ATmega64L主要负责送丝机和行走小车的速度反馈及闭环PI运算、电机PWM斩波控制以及过压、过流、过热等保护电路的控制。DSP芯片MC56F8323则主要负责焊接电流、焊接电压的反馈和闭环PI运算以及控制焊接时序，以确保良好的电源外特性输出。外部控制箱通过按键、旋转编码器进行焊接参数和焊接状态的给定，预置和显示各种焊接参数，快速检测焊机状态并加以保护。 主控板芯片之间通过SPI通讯，外部控制箱和主控板之间则通过RS—485协议交换数据。通过软件设计，实现焊接参数的PI调节，精确控制了焊接过程，并进行了抗干扰设计，解决了影响数字化埋弧焊电源稳定运行的电磁兼容问题。 系统分析了交流方波参数的变化对焊接效果的影响，通过对焊接电流、焊接电压的波形分析，证明了本课题设计的埋弧焊电源能够精确控制引弧、焊接、 收弧等焊接时序，并可以有效抑制功率开关器件的过流和变压器的偏磁问题，取得了良好的焊接效果。 最后，对数字化交流方波埋弧焊的控制系统和焊接试验进行了总结，分析了系统存在的问题和不足，并指出了新的研究方向。 关键词：埋弧焊；交流方波；数字化；逆变；软开关技术
上传时间： 2013-04-24
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在能源枯竭与环境污染问题日益严重的今天，新能源的开发与利用愈来愈受到重视。太阳能是当前世界上最清洁、最现实、最有大规模开发利用前景的可再生能源之一。其中太阳能光伏利用受到世界各国的普遍关注。而太阳能光伏并网发电是太阳能光伏利用的主要发展趋势，必将得到快速的发展。在并网型光伏发电系统中，逆变器是系统中最末一级或唯一一级能量变换装置，其效率的高低、可靠性的好坏将直接影响整个并网型系统的性能和投资。按照不同的标准光伏并网逆变器的拓扑结构分为很多种，本文主要研究单相非隔离型光伏并网逆变器。 文章首先概述了光伏并网系统的发展情况并分析了当前国际金融危机对光伏产业的影响。其次，分析了当前国际市场上主要的光伏逆变器产品的特点，概括了光伏并网系统中光伏阵列的配置。随后，本文以单相全桥拓扑为模型分析了非隔离型并网系统在采用不同的PWM调制策略下的共模电流，指出了抑制共模电流需满足的条件。对于全桥和半桥拓扑，分析了不同的滤波方式对共模电流抑制的影响。总结了能够抑制共模电流的实用电路拓扑并提出了一种能够抑制共模电流的新拓扑。对不同拓扑的损耗情况在文章中进行了比较。 对于非隔离型并网系统中的逆变器易向电网注入直流分量的问题，首先分析了直流分量产生的原因及其导致变压器产生的直流偏磁饱和现象。在此基础上，总结了抑制直流分量的方法，指出了半桥拓扑能够抑制直流分量。对于并网电流的控制，工程上通常采用比例积分控制器，而比例积分控制器在理论上无法实现无静差控制，因此，本文对能够实现无静差控制的比例谐振控制器进行了简要分析。最后，在非隔离型1.5kW实验平台上对共模电流和直流分量的抑制方法进行了验证。
上传时间： 2013-07-30
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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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本文研究了高频感应加热电源的锁相控制技术。分别建立了定角与定时控制技术的MOSFET电压型谐振逆变器仿真模型，分析比较了两者的优缺点，从而得出了定角控制技术为较优的结论；通过理论分析与实验测量MOSFET损耗的方法对最优锁相角度的选取进行了探索；最后设计了以DSP为核心的定角锁相控制电路，并运用MATLAB软件进行了仿真研究以及DSP代码自动生成，验证了方案的可行性。这种控制方法可以使逆变器工作在小感性准谐振状态，降低了MOSFET损耗，具有线路简单、响应迅速、控制灵活等优点，为工程运用打下了坚实的基础。
上传时间： 2013-05-29
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由于高频PWM整流器可以提供正弦化低谐波的输入电流，可控功率因数，及双向能量流动，因此得到越来越广泛的应用。网侧单电感滤波会带来一些问题，首先要想得到较好的滤波效果，必须增大电感值，这样系统的动态性能会变差，而且成本增加。另外，整流器的功率比较大时，交流侧的滤波的损耗也会增大。为了解决上述问题，本文研究了基于LCL滤波的高频PWM整流器。在交流侧应用LCL 滤波器可以减少电流中的高次谐波含量,并在同样的谐波要求下,相对纯电感型滤波器可以降低电感值的大小，提高系统的动态响应。 文章首先对高频PWM整流器的工作原理做了详细的介绍，并对基于L和LCL两种不同的滤波器，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数学模型。文章中将L滤波的电压型三相PWM整流器的控制方法应用于LCL滤波情况。基于dq轴模型，提出了双闭环的控制策略，电流内环采用前馈解耦控制。为了提高电流的跟随性能，按照典型Ⅰ型系统设计电流调节器。为了提高电压环的抗干扰性，按照典型Ⅱ型系统设计电压调节器。 文章还详细讨论了LCL滤波器带来的谐振问题，以及参数设计方法，列出了实际系统LCL滤波器参数的设计步骤。文章在MATLAB/SIMULINK环境下建立了PWM整流器仿真模型对系统进行了仿真，按照文章提出的理论设计的仿真系统具有良好的动态和稳态性能。 文章最后基于TMS320LF2407A设计了整流器装置的控制系统硬件和软件，并得到了初步实验结果，能满足控制要求，从而验证了控制方案的正确性。
上传时间： 2013-07-01
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