隨著技術的發展，基于PLC的控制系統呈現綜合化、網絡化的發展趨勢。為了適應當今PLC課程教學的需要，我們應提供具有現場控制對象的控制層、監控管理層、遠程監控層三層結構的實驗控制系統，并將組態軟件技術、先進的數據交互技術、單片機技術、通信技術集成在控制系統中，構建現代大綜合設計性實驗系統，以培養全面的高素質的綜合性人才。 本文提出了一種多功能、大綜合的實驗平臺的方案和技術實現。本課題由市場占有率高的西門子PLC及其通信網絡模塊組成，采用具有很高的性價比的系統集成技術，構成了覆蓋面較大的全集成的網絡控制系統，可提供PPI網絡、PROFIBUS-DP網絡和以太網等多種網絡形式的實驗平臺；采用多種工業組態軟件如Wincc、組態王和MCGS，構成了豐富的上位監控模式；通過OPC技術實現對PROFIBuS-DP網絡的遠程監控。在此基礎上，結合單片機技術、CPLD技術，設計了可自定義I/O口的多路模擬采集卡，擴展了PLC的信息控制功能；采用網絡技術，將PLC技術與變頻器、步進電機控制相結合，對標準的PLC對象TM2和機械手設備進行二次開發，構成相關的運動控制系統，模擬生產線的控制，展示PLC的運動控制功能；將PLC技術與無線控制技術相結合，實現PLC的無線遙控功能；完成了三菱Q系列PLC與PROFIBUS-DP網絡的聯網，實現了不同品牌的PLC網絡的互聯互通。在此基礎上，還開發了多個實驗程序，展示其豐富的網絡構架和綜合的實驗模式。 系統調試和實驗效果表明，該系統接近當今工業技術實踐，可為學生的課程設計、畢業設計以及PLC技術研究提供先進的集多種技術于一體的大綜合設 計性實驗平臺。關鍵詞：PLC；業網絡；OPC
上傳時間： 2013-05-22
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隨著世界能源危機的到來，太陽能光伏發電在能源結構中正在發揮著越來越大的作用。而太陽能光伏發電系統的核心部件并網逆變器的性能還需要進一步提高。為了迎合市場上對高品質、高性能、智能化并網逆變器的需求，我們將ARM+DSP架構作為并網逆變器的控制系統。本系統集成了ARM和DSP的各自的強大功能，使并網逆變器的性能和智能化水平得到了顯著提高。本論文是基于山東大學魯能實習基地“光伏并網逆變器項目”，目前已經試制出樣機。本人主要負責并網逆變器控制系統的軟硬件設計工作。本文主要研究內容有： @@ 1．本并網逆變器采用了內高頻環逆變技術。文中詳細分析了這種逆變器的優缺點，進行了充分的系統分析和論證。 @@ 2．采用MATLAB/Simulink軟件對并網逆變器的控制算法進行仿真，包括前級DC-DC變換的控制算法以及后級DC-AC逆變的控制算法。通過仿真驗證了所設計算法的可行性，對DSP程序開發提供了很好的指導意義。 @@ 3．本文將ARM+DSP架構作為逆變器的控制系統，并設計了相應的硬件控制系統。DSP控制板硬件系統包括AD數據采集、硬件電流保護、電源、eCAN總線，SPI總線等硬件電路。ARM板硬件系統包括SPI總線、RS232總線、RS480總線、以太網總線、LCD顯示、實時時鐘、鍵盤等硬件電路。 @@ 4．本文設計和實現了兩種最大功率點跟蹤控制算法：功率擾動觀察法或增量電導法；孤島檢測方法采用被動式和主動式兩種檢測方式，被動式所采用的方法是將過/欠電壓和電壓相位突變檢測相結合的方式，主動式采用正反饋頻率偏移法；為了實現并網逆變器的輸出電流與電網電壓同頻同相，使用了軟件鎖相環控制技術。本文分別給出了以上各種算法的控制程序流程圖。 @@ 5．本文也給出了AD數據采集、eCAN總線、RS232、RS485、以太網、PWM輸出等程序流程圖，以及DSP和ARM之間的SPI總線通信程序流程圖。并且分別給出了ARM管理機控制系統主程序流程圖和DSP控制機控制系統主程序流程圖。 @@ 6．最后對并網逆變器樣機進行實驗結果分析。結果顯示：該樣機基本上實現了本文提出的設計方案所應完成的各項功能，樣機的性能比較理想。 @@關鍵詞：太陽能光伏；并網逆變器；SPWM； DSP； ARM
上傳時間： 2013-07-02
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21世紀，人類面臨著實現經濟和社會可持續發展的重大挑戰，能源問題越來越突出，太陽能等可再生能源逐漸成為人類關注的焦點。時至今日，人類對光伏系統的研究越來越深入廣泛，但在光伏系統的研發過程中，太陽能電池由于受日照強度、環境溫度影響較大，導致實驗成本過高，研發周期變長。太陽能電池陣列模擬器便能較好地解決這一問題。 @@ 本文首先對比了模擬式太陽能電池模擬器和數字式太陽能電池模擬器的優缺點，選取了數字式太陽能電池陣列模擬器作為研究對象，并對研究太陽能電池陣列模擬器的實際意義作了闡述。隨后描述了太陽能電池的輸出特性，討論了適合工程計算的太陽能電池陣列數學物理模型。 @@ 本文研究的太陽能電池陣列模擬器由功率電路和控制電路兩部分組成。功率電路選取了半橋型DC/DC電路作為主電路拓撲，對其工作過程進行了分析，并對各部分電路進行了設計。然后設計了電壓電流雙閉環調節器，在此基礎之上用PSIM仿真軟件對所設計的太陽能電池陣列模擬器進行了仿真，包括靜態工作點的仿真以及動態響應速度的仿真，通過仿真驗證了模擬器能夠達到所要求指標。 @@ 控制電路板是整個模擬器的核心控制部分，通過控制運算提供輸出電壓的參考值，進而提供控制功率管開通關斷的PWM信號。本文選取了microchip公司的dsPIC30F2023作為主控制芯片，分析了該型號微處理芯片的性能特點，介紹了模擬信號采樣電路、232通訊電路、人機交互界面電路等外圍電路的硬件設計，調節器采用了數字PID控制。 @@ 在MPLAB集成開發環境中進行了軟件方案的設計，主要包括主程序、生成PWM程序、AD采樣、故障處理、人機交互程序等，介紹了各個模塊的程序流程。 @@ 軟硬件系統設計完成后，最終實現了太陽能電池陣列模擬器，可以為光伏系統的研究提供一個良好的實驗平臺。 @@關鍵詞：太陽能電池陣列模擬器；半橋型DC/DC變換器；dsPIC30F2023
上傳時間： 2013-07-28
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數字技術、電力電子技術以及控制論的進步推動弧焊電源從模擬階段發展到數字階段。數字化逆變弧焊電源不僅可靠性高、控制精度高而且容易大規模集成、方便升級，成為焊機的發展方向，推動了焊接產業的巨大發展。針對傳統的埋弧焊電源存在的體積大、控制電路復雜、可靠性差等問題，本文提出了雙逆變結構的焊機主電路實現方法和基于“MCU+DSP”的數字化埋弧焊控制系統的設計方案。 本文詳細介紹了埋弧焊的特點和應用，從主電源、控制系統兩個方面闡述了數字化逆變電源的發展歷程，對數字化交流方波埋弧焊的國內外研究現狀進行了深入探討，設計了雙逆變結構的數字化焊接系統，實現了穩定的交流方波輸出。 根據埋弧焊的電弧特點和交流方波的輸出特性，本文采用雙逆變結構設計焊機主電路，一次逆變電路選用改進的相移諧振軟開關，二次逆變電路選用半橋拓撲形式，并研究了兩次逆變過程的原理和控制方式，進行了相關參數計算。根據主電路電路的設計要求，電流型PWM控制芯片UC3846用于一次逆變電路的控制并抑制變壓器偏磁，選擇集成驅動芯片EXB841作為二次逆變電路的驅動。 本課題基于“MCU+DSP”的雙機主控系統來實現焊接電源的控制。其中主控板單片機ATmega64L主要負責送絲機和行走小車的速度反饋及閉環PI運算、電機PWM斬波控制以及過壓、過流、過熱等保護電路的控制。DSP芯片MC56F8323則主要負責焊接電流、焊接電壓的反饋和閉環PI運算以及控制焊接時序，以確保良好的電源外特性輸出。外部控制箱通過按鍵、旋轉編碼器進行焊接參數和焊接狀態的給定，預置和顯示各種焊接參數，快速檢測焊機狀態并加以保護。 主控板芯片之間通過SPI通訊，外部控制箱和主控板之間則通過RS—485協議交換數據。通過軟件設計，實現焊接參數的PI調節，精確控制了焊接過程，并進行了抗干擾設計，解決了影響數字化埋弧焊電源穩定運行的電磁兼容問題。 系統分析了交流方波參數的變化對焊接效果的影響，通過對焊接電流、焊接電壓的波形分析，證明了本課題設計的埋弧焊電源能夠精確控制引弧、焊接、 收弧等焊接時序，并可以有效抑制功率開關器件的過流和變壓器的偏磁問題，取得了良好的焊接效果。 最后，對數字化交流方波埋弧焊的控制系統和焊接試驗進行了總結，分析了系統存在的問題和不足，并指出了新的研究方向。 關鍵詞：埋弧焊；交流方波；數字化；逆變；軟開關技術
上傳時間： 2013-04-24
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傳統開環運行的三相混合式步進電動機驅動系統中存在著振蕩和失步等不足之處。本文針對這種情況，通過對理想化三相混合式步進電動機數學模型的分析，把三相混合式步進電動機視為一種低速同步電動機。同時，結合電流跟蹤型PWM控制方式及恒流斬波驅動的工作原理，設計了基于數字信號處理器TMS320F2812的全數字三相混合式步進電動機正弦波細分驅動系統。 首先，本文從三相混合式步進電動機的數學模型出發，對步進電動機的細分驅動方式進行了研究，分析了步進電動機連續均勻旋轉的工作機理。然后分析了步進電動機的運行特性及細分控制的必要性，進而分析了細分驅動對改善步進電動機運行性能的作用，并針對細分運行的一些不足之處，提出了均勻細分恒轉矩控制的方案。理論分析表明，在混合式步進電動機的三相定子繞組中通以互差120°的正弦波電流時，可得到類似同步機的轉矩特性，使電動機均勻旋轉。 本系統硬件電路以TMS320F2812為核心，采用正弦波細分和電流跟蹤型脈寬調制（PWM）技術實現三相混合式步進電動機的細分控制，使三相定子繞組電流嚴格跟蹤電流給定信號變化。應用IR公司的IR2130集成驅動芯片進行了步進電動機驅動系統的功率驅動環節的設計，節省了板上空間，減小了裝置體積。同時從裝置可靠性出發，設計了一套安全可靠的硬件保護電路。 實驗結果表明，本文所設計的三相混合式步進電動機正弦波細分驅動器具有優良的控制性能。細分運行時減弱了混合式步進電動機的低速振動和噪聲，使電動機運行平穩，并改善了其低頻運行性能。
上傳時間： 2013-06-27
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高壓TSC（Thyristor Switch Capacitor）裝置是指額定工作電壓為6kV-35kV晶閘管投切電容器補償裝置，是一種典型靜止無功補償器，其對增強系統穩定性、提高系統運行經濟性，保證電壓質量及改善電能質量都能發揮良好的作用。目前國內對高壓TSC裝置研制與生產還處于起步階段，加速高壓TSC裝置的國產化，對在我國電力系統中早日推廣與應用高壓TSC裝置具有重大意義。 首先在無功功率的測量上，如何在有諧波干擾等復雜環境下準確檢測無功功率，本文采用了基于快速傅立葉變換的方法，可以很好的完成無功功率的采集。在主電路結構上，晶閘管開關閥是高壓TSC裝置的關鍵構成部件，高壓TSC裝置要求晶閘管開關應具有良好的電氣性能，要求晶閘管開關應是有效和可靠的。本文通過晶閘管特性和串聯技術的研究，給出了晶閘管串聯開關的靜態均壓和動態均壓方法，設計出合理使用的電路結構。通過仿真分析，驗證了均壓電路的效果。 電容器無涌流投入技術也是TSC主要研究點，由于在高壓系統中器件兩端承受的電壓較高，低壓TSC系統中常用的過零固態繼電器或集成過零觸發芯片滿足不了耐壓的需要，本文設計了專門的過零檢測及觸發電路，在器件兩端電壓過零時觸發，避免了由于電容器殘壓過高而造成的巨大沖擊電流，從而在硬件電路上實現電容器組的無過渡過程投切，電路簡單可靠。同時，在控制策略上將幾種投切判據進行了比較，采用了電壓無功復合投切判據，以無功功率作為主判據，電壓作為輔助判據，有效地克服了僅以功率因數作為投切判據的控制方式中的輕載時容易產生投切振蕩而重載時容易出現補償不充分的缺點。
上傳時間： 2013-05-24
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高精度慣性加速度計能夠實現實時位移檢測，在當今民用和軍用系統如汽車電子、工業控制、消費電子、衛星火箭和導彈等中間具有廣泛的需求。在高精度慣性加速度計中，特別需要穩定的低噪聲高靈敏度接口電路。事實上，隨著傳感器性能的不斷提高，接口電路將成為限制整個系統的主要因素。 本論文在分析差動電容式傳感器工作原理的基礎上，設計了針對電容式加速度計的全差分開環低噪聲接口電路。前端電路檢測傳感器電容的變化，通過積分放大，產生正比于電容波動的電壓信號。 本論文采用開關電容電路結構，使得對寄生不敏感，信號靈敏度高，容易與傳感器單片集成。為了得到微重力加速度性能，設計電容式位移傳感接口電路時，重點研究了噪聲問題和系統建模問題。仔細分析了開環傳感器中的不同噪聲源，并對其中的一些進行了仿真驗證。建立了接口電路寄生電容和寄生電阻模型。 為了更好的提高分辨率，降低噪聲的影響如放大器失調、1/f噪聲、電荷注入、時鐘饋通和KT/C噪聲，本論文采用了相關雙采樣技術（CDS）。為了限制接口電路噪聲特別是熱噪聲，著重設計考慮了前置低噪聲放大器的設計及優化。由于時鐘一直導通，特別設計了低功耗弛豫振蕩器，振蕩頻率為1．5M。為了減小傳感器充電基準電壓噪聲，采用兩級核心基準結構設計了高精度基準，電源抑制比高達90dB。 TSMC 0．18μm工藝中的3．3V電壓和模型，本論文進行了spectre仿真。 關鍵詞：MEMS；電容式加速度計；接口電路；低噪聲放大器；開環檢測
上傳時間： 2013-05-23
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混合動力汽車采用內燃機和電機作為動力源，成為解決排污和能源問題最具現實意義的途徑之一，集成一體化起動/發電機(ISG)技術是當前國際公認的未來汽車的先進技術之一，也是當代汽車發展的重要方向。論文以ISG型混合動力汽車為研究對象，進行了混合動力汽車驅動系統和動力總成控制系統等方面的研究。 本文系統地分析了串聯式、并聯式以及混聯式混和動力汽車動力總成構型的優缺點，介紹了ISG型混合動力汽車結構及主要特點的基礎上，首先通過對各總成選型分析，選擇了發動機、電機、電池等部件，接著根據性能指標，確定了發動機、電機、電池等部件參數匹配。 動力總成控制系統作為HEV控制系統的關鍵，主要負責對行駛需求功率的合理分配，保證HEV高效運行，使發動機燃油消耗和排放達到最優。動力總成控制系統的硬件采用了TMS320F2812芯片，由于它功能強大，I/O資源豐富，并且支持廣泛用于汽車電控的CAN通訊，因此，非常適合于混合動力汽車的實時控制。本文研究了動力總成控制系統的總體結構，以TMS320F2812型DSP為核心，組建了混合動力總成控制系統的硬件系統。在充分利用DSP內部模塊的基礎上對它的外部總線進行擴展。并設計了電源模塊、A/O模塊、IO模塊、CAN總線模塊和串口通訊模塊。在模塊化設計方式基礎上建立了混合動力控制策略的軟件設計。 為了證明設計方案的可行性和DSP總成控制系統的控制性能，在MATIAB/Simulink環境下，以hdvisor為仿真平臺，依據系統的結構、控制策略，對相關模塊進行修改，建立了ISG型混合動力汽車整車的仿真模型。利用建立的模型，在Advisor仿真軟件中輸人仿真參數，設置仿真性能，汽車動力性、經濟性以及一些重要性能曲線的仿真結果。與同樣參數設置的傳統燃油汽車仿真結果進行比較表明，油耗和排放都得到了很好的降低。
上傳時間： 2013-07-08
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開關電源以其效率高、功率密度高在電源領域中占主導地位。開關電源多數是通過整流器與電力網相接的，經典的整流器是由二極管或晶閘管組成的一個非線性電路，其輸入電流波形呈脈沖狀，交流網側功率因數很低，在電網中會產生大量的電流諧波和無功功率而污染電網，成為電力公害。開關電源己成為電網最主要的諧波源之一。因此，進行網側功率因數校正成為目前研究的熱點之一。目前研究和應用得較多的高功率因數變換器要用兩級：DC／DC開關變換器串聯。這種電路的最大缺點是需要多個元器件、成本高、效率低，尤其在中小功率場合應用時很不經濟。現在國內外正在開發研究單級功率因數校正電路，具有很高的功率因數且成本低。因而研究單級功率因數校正及變換技術對抑制諧波污染、開創綠色電源以及實現當今開關電源的小型輕量化具有重大意義。 近年來隨著電子信息產業的高速發展，人們對開關電源的需求與日俱增，開關電源。PFC(Power Factor Correction)集成控制器己成為發展前景十分誘人的朝陽產業。隨著開關電源的廣泛應用，開關電源PFC集成控制器顯示出了強大的生命力，它具有集成度高、性價比高、外圍電路簡單和性能指標優良等優點，現已成為開發各類電源及開關電源模塊的優選集成電路。 本文首先闡述了電網污染的危害、功率因數的定義，總結了各種功率因數校正變換器的典型拓撲，對各種拓撲的特點、應用場合及控制方法作了比較分析，著重詳細介紹了反激拓撲的功率因數校正變換器的應用及優缺點。最后采用功率因數校正芯片SA7527進行了一個小功率電源的功率因數校正的設計，用實驗驗證了該設計的可行性，結果顯示功率因數能達到0.95左右，達到了較好的功率因數校正效果。
上傳時間： 2013-06-30
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電力電子系統的集成化是現今電力電子技術發展的趨勢，系統的模塊化和標準化技術是目前電力電子領域的重要研究方向。研究基于電力電子網絡的變流系統，對復雜電力電子裝置的系統級集成具有重要意義，是電力電子系統集成技術的基本組成部分。本文從變流系統的功率流和信息流雙重分布性的角度出發。對電力電子系統網絡（Power Electronics System Network，PES—Net）的模型和變流系統的通信需求進行分析，提出實時電力電子系統網絡（Real—time power electronics system network，RT—PES—Net）；并對基于新網絡的分布式控制及管理方案和模塊化軟件方案等內容進行系統的研究，提出基于棧操作的實時軟件構建方案。本文的研究將為變流系統的控制結構和軟件方案標準化提供參考和理論依據，為應用系統的集成提供解決方案。 復雜中大功率變流系統是網絡化分布式控制系統的應用對象。首先，論文以復雜系統為研究對象，分析了應用系統的功率流和信息流在空間結構上的對偶關系和雙重分布的特性；在電力電子集成模塊（Power Electronics Building Blocks，PEBB）的基礎上，研究了變流系統的網絡化分布式控制方案，并得出系統組構的初步構想，總結出適合復雜電力電子系統集成的標準化理論。 接著，論文對電力電子網絡模型進行了研究。分析了現有各類總線網絡和目前用于電力電子應用系統的網絡，從結構、速率和協議等各個方面將兩類網絡進行了系統的對比。明確了電力電子系統網絡（PES—Net）的定義，分析并總結復雜電力電子實時系統所需網絡必需具備的條件。根據現有網絡技術背景，綜合控制結構和網絡需求，提出了電力電子系統網絡（PES—Net）的模型。 為滿足變流系統的實時控制，論文對分布式控制結構的通信需求進行了研究。以網絡控制系統（Networked Control System，NCS）為背景，對變流器系統控制信息延時因素進行了分析；通過對典型電力電予系統的分析，歸納和總結了系統的控制功能和控制內容，對系統不同層次的控制任務進行了響應時間需求分析和網絡的分層配置；通過對仿真結果的分析，研究了應用系統內模塊控制信息延時對不同應用系統的性能影響和對開關頻率的限制。根據變流系統對控制延時的接受程度，將電力電子復雜系統歸為兩大類：1）零延時系統；2）定延時系統。針對上述兩類系統，論文給出了電力電子網絡（PES—Net）的通道容量和應用系統開關周期的計算方法。 論文對開放式、分布式的電力電子系統網絡（PES—Net）的硬件組成和同步方案進行了研究，提出新的實時網絡和系統級集成方案。根據主節點和從節點的控制任務需求，分別從功能和系統結構的角度對開放式網絡的硬件構成進行研究；根據控制系統的接口需求分析，對節點的通用性設計進行重點討論。針對網絡的同步問題，本文分析了簡單有效的解決方法，即基于數據結構的同步補償方案；此外，論文提出基于實時高速電力電子系統同絡（RT-PES-Net）的同步方案，研究適合變流器實時控制的網絡結構和相應的硬件配置。根據應用控制和通信系統所需的各種操作，論文對實時網絡的管理進行了討論，研究了信息幀管理和相應的硬件設置，并對各種工作模式下所需的通信時間進行了計算和比較。基于實時網絡系統及其管理方案，論文給出了組構以PEBB為基礎的變流系統的方案。 論文對基于RT-PES-Net的模塊化軟件方案進行了研究。首先，將控制軟件與功率硬件進行解耦，使得軟件設計與硬件部分分離。在分析電力電子軟件特性的前提下，論文提出基于棧操作的模塊化軟件方案，增加子程序實時構件的內聚性；對軟件模塊化的通用性進行研究，分析模塊接口參數和變量的申明和配置，并研究參數的定標，對構件進行分類；分析子程序實時構件在執行速度上的優點。論文對電力電子系統控制軟件（Powerr Electronics System Control Software，PES-CS）的組構和集成進行研究，簡化軟件主框架。 最后，論文分別對RT-PES-Net和模塊化軟件方案進行了相應的實驗研究和分析。論文對提出的實時電力電子系統網絡（RT-PES-Net）進行了通信實驗，將新網絡拓撲對變流系統的延時影響與舊網絡系統的延時影響進行比較，總結新網絡系統在控制實時性、提高開關頻率、網絡可擴展性和管理靈活度等方面的優勢。論文針對RT-PES-Net進行應用研究，驗證該網絡可解決網絡通信失步所造成的問題。論文對基于通用型實時構件和棧操作的模塊化軟件方案進行實驗驗證，為標準化軟件庫的建立和系統級集成提供參考方案。 網絡化的控制結構研究是復雜電力電子系統級集成研究的關鍵。本課題針對復雜變流系統提出了實時電力電子系統網絡（RT-PES-Net），并以該網絡為基礎對分布式控制結構及相應的網絡化管理方案和模塊化軟件方案展開一系列研究，為電力電子控制系統提供標準化、開放式的網絡參考體系，并以此結構來快速構建終端復雜變流系統，為實現標準的應用系統組構提供參考方案，有助于解決電力電子標準化推廣所面臨的難題。論文為應用系統的即插即用和動態重構提供了研究基礎，從而為最終實現復雜變流器的應用系統級集成提供系統化的理論和方法依據。同時，論文的研究開拓了電力電子系統集成和標準化研究的一個新方向。
上傳時間： 2013-06-15
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