勵磁系統是電力系統控制的重要組成部分,它直接影響著發電機的運行可靠性、經濟性和電力系統運行的穩定性。勵磁系統性能的優化與控制策略的研究,對發電機乃至整個電力系統的安全運行具有決定性的意義。 本文針對300MW同步發電機的技術特點,全面論述了勵磁系統主電路拓撲及輔助電路的工作原理。為提高勵磁系統的控制精度與實時性,本文以16位DSP為控制核心,對勵磁調節單元軟硬件的實現進行研究,以滿足發電機在不同運行工況下對勵磁系統控制性能的要求。 其次,本文在詳細闡述PID+PSS控制和線性最優勵磁控制理論的基礎上,客觀分析了兩種控制方式的優點與不足,綜合二者的優點引出了綜合勵磁控制的研究方法并在微機上成功實現。通過實驗發現,綜合勵磁控制器的性能更優越,其提高了勵磁系統的控制精度,改善了機組運行的穩定性。同時針對單參量PSS存在反調的不足,進行了算法改進,給出了加速功率型PSS的數學推理與軟件實現;根據機組的運行結果可知,該算法的改進不僅解決了傳統PSS的反調問題,而且優化了PSS抑制低頻振蕩的性能。 最后,本文利用發電機park微分方程,推導了發電機起勵與滅磁的數學方程。在Matlab/Simulink仿真環境下,建立了起勵與滅磁的仿真模型。給出了發電機自并起勵、他勵起勵和故障滅磁的仿真結果,并對結果進行客觀地分析,得出了有用的結論。
上傳時間: 2013-04-24
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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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現如今,逆變器的脈沖寬度調制(PWM)技術作為一種最常見的調制方式在交流傳動系統中廣泛應用。采用PWM調制技術的最終目的在于追求逆變器輸出電壓、電流波形更接近正弦從而進一步控制負載電機的磁通正弦化。為了達到這些目的,很多種基于PWM原理的調制方法被相繼提出并應用。 在鐵道牽引調速系統中,逆變裝置具有調速范圍寬,輸出頻率變化快等特點,而逆變器本身器件的開關頻率又不是很高。這種情況下,分段同步調制模式的使用有效地改善了變頻器的輸出,達到了減少諧波的目的。本文圍繞分段同步調制在交流牽引傳動系統中的應用進行研究,主要目的在于解決該調制模式應用中存在的切換點選擇、切換震蕩沖擊等問題。文章詳細討論了分段調制模式下載波比和載波比切換點選取的原則,重點分析了分段同步調制模式下載波比切換點沖擊電壓的產生原因和危害,提出了改善電壓電流沖擊的方法,并在搭建的實驗平臺上驗證了理論分析的正確性。此外,本文還對列車高速時載波比極低的極限情況下分段同步調制對變頻器輸出交流電壓和直流回流電流諧波的改善情況進行了理論推導和仿真分析。 論文搭建了用于調制實驗的3.7kW小功率電機實驗平臺,在開環的VVVF調速系統中進行了分段同步調制載波比切換實驗;在Matlab/Simulink環境下搭建了分段同步調制模式下的電機牽引模型,進行了分段同步調制載波比切換仿真;實驗和仿真結果表明,文章所提出的方法很好地完成了分段同步算法且有效抑制了可能發生的沖擊,所得結果驗證了理論分析的正確性。
上傳時間: 2013-08-04
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隨著數字集成電路技術的不斷發展,數字集成電路的供電電源-電壓調節模塊(VRM)也有了新的發展趨勢:輸出功率越來越大、輸出電壓越來越低、輸出電流越來越大。因此,對低輸出電壓、大輸出電流的VRM及其相關技術的研究在最近幾年受到廣泛的關注。 本文以36V-72V輸入、1V/30A輸出的VRM為研究對象,對VRM電路拓撲進行分類和比較,篩選出正反激拓撲為主電路,并詳細研究了針對正反激拓撲的新型同步整流驅動方案。首先,分析了在軟開關環境下,有源筘位正反激電路的詳細工作過程;其次,介紹了同步整流技術的概念,對同步整流驅動方案進行了分類,篩選出適用于正反激拓撲的新型同步整流驅動方案,并詳細分析了該驅動電路的工作原理;再次,介紹了有源箝位正反激電路主要元件的設計方法,介紹了新型同步整流驅動電路的設計要點,并給出設計實例;最后,對電路仿真,并制作了一臺36V-72V輸入、1V/30A輸出的實驗樣機,驗證了研究結果和設計方案。
上傳時間: 2013-06-16
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在實際應用中,對永磁同步電機控制精度的要求越來越高。尤其是在機器人、航空航天、精密電子儀器等對電機性能要求較高的領域,系統的快速性、穩定性和魯棒性能好壞成為決定永磁同步電機性能優劣的重要指標。傳統電機系統通常采用PID控制,其本質上是一種線性控制,若被控對象具有非線性特性或有參變量發生變化,會使得線性常參數的PID控制器無法保持設計時的性能指標;在確定PID參數的過程中,參數整定值是具有一定局域性的優化值,并不是全局最優值。實際電機系統具有非線性、參數時變及建模過程復雜等特點,因此常規PID控制難以從根本上解決動態品質與穩態精度的矛盾。永磁同步電機是典型的多變量、參數時變的非線性控制對象。先進控制方法(諸如智能控制、優化算法等)研究應用的發展與深入,為控制復雜的永磁同步電機系統開辟了嶄新的途徑。由于先進控制方法擺脫了對控制對象模型的依賴,能夠在處理不精確性和不確定性問題中有可處理性、魯棒性,因而將其引入永磁同步電機控制已成為一個必然的趨勢。本文根據系統實現目標的不同,選取相應的先進控制方法,并與PID控制相結合,對永磁同步電機各方面性能進行有針對性的優化,最終使其控制精度得到顯著的提高。為達到對永磁同步電機進行性能優化的研究目的,文中首先探討了正弦波永磁同步電機和方波永磁同步電機的運行特點及控制機理,通過建立數學模型,對相應的控制系統進行了整體分析。針對永磁同步電機非線性、強耦合的特點,設計了矢量控制方式下的永磁同步電機閉環反饋控制系統。結合常規PID控制,將模糊控制、遺傳算法、神經網絡和人工免疫等多種先進控制方法應用于永磁同步電機調速系統、伺服系統和同步傳動系統的控制器設計中,以滿足不同控制系統對電機動、靜態性能的要求以及對調速性能或跟隨性能的側重。實驗結果表明,采用先進控制方法的永磁同步電機具有較好的動態性能、抗擾動能力以及較強的魯棒性能;與傳統PID控制相比,系統的控制精度得到了明顯提高。研究結果驗證了先進控制方法應用于永磁同步電機性能優化的有效性和實用性。
上傳時間: 2013-04-24
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永磁同步電機(PMSM)因其無需勵磁電流、運行效率和功率密度高,在交流調速系統中被廣泛的應用,但PMSM高性能的矢量控制需要精確的轉子位置和速度信號來實現磁場定向。在傳統控制中,一般采用機械式傳感器來檢測轉子位置和轉速,但是機械式傳感器存在諸如成本高、可靠性低、不易維護等問題,使得無速度/位置傳感器控制技術成為永磁同步電機控制中的熱點問題。雖然目前已有較多的研究成果,但是所采用的方法大多是基于電機基波方程的分析,一般不適用于低速甚至零速,并且對電機參數較為敏感,魯棒性差。本文正是為了解決這個問題,而采用高頻信號注入法實現轉子位置估算,這種方法適合于低速甚至零速,對電機參數的變化不敏感,魯棒性強。主要做了如下的工作: 首先詳細介紹了永磁同步電機三種基本結構,在建立了旋轉坐標系下永磁同步電機數學模型的基礎上敘述了其矢量控制原理,分析了各種現有的永磁同步電機無速度/位置傳感器控制策略;其次在永磁同步電機矢量控制的基礎上詳細討論了旋轉高頻電壓信號注入法與脈振高頻電壓信號注入法提取轉子位置的基本原理,并在此基礎上利用MATLAB/SIMULINK仿真工具建立了整個永磁同步電機無速度/位置傳感器矢量控制系統的模型,進行了仿真研究,仿真結果驗證了控制算法的正確性。最后利用TI公司推出的數字信號處理器DSP芯片TMS320F2812,實現了基于脈振高頻信號注入法的永磁同步電機無速度/位置傳感器的實驗運行,實驗結果驗證了這種方法適合于低速運行,對電機參數的變化不敏感,魯棒性強。
上傳時間: 2013-06-06
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隨著家用空調的普及應用,空調已日漸成為耗能大戶。我國經濟建設多年來高速發展,正面臨能源日益緊張的問題,由于空調節能尚有空間,因此人們普遍關注空調節能技術。在家用空調的各種節能技術中,直流壓縮機變頻驅動是發展的主流方向。從驅動方式上看,直流壓縮機可以采用方波控制或矢量控制。與方波控制相比,矢量控制的空調直流壓縮機具有噪聲低、振動小、效率高等特點,更加符合節能和環保的發展方向。 本文主要研究了適用于空調壓縮機負載的無轉子位置傳感器永磁同步電機矢量控制方法。首先從電機的基本方程入手,詳細推導了永磁同步電機矢量控制的數學模型。詳細分析了各種電流控制策略特點,提出了采用適合直流壓縮機驅動的MTPA控制方式。 其次提出了具有凸極效應的壓縮機永磁同步電機的一種簡化模型,得到了適用于IPMSM的滑模觀測器,解決了IPMSM在αβ坐標系中應用滑模觀測器困難的問題。針對壓縮機運行特點,采用全維狀態觀測器方法,實現IPMSM反電動勢的觀測,根據反電動勢計算出電機轉子位置和轉速,實現了無傳感器矢量控制。本文詳細分析了全維狀態觀測器的極點配置方法,通過將四個極點配置在相同位置,簡輕了計算量,也便于實現。 第三,由于反電動勢估算法在電機低轉速下不能正確估算轉子位置,無法正常閉環起動,本文提出了一種簡單的用于直流壓縮機的起動方法,實現了壓縮機的可靠起動。同時在深入分析電機等效模型的基礎上,給出了一種簡單的電機參數測量方法,通過簡單測量和計算,得到系統實現無傳感器永磁同步電機矢量控制所需的電感、電阻及反電動勢系數等關鍵參數。 最后通過MATLAB/Simulimk7.1仿真軟件對基于滑模觀測器和基于全維觀測器的永磁同步電機矢量控制方法進行了仿真驗證,設計了以TMS320F2403數字信號處理器為控制核心的直流壓縮機矢量控制實驗平臺,并進行了大量的實驗驗證。仿真及實驗結果證明了本文理論分析和所提方法的正確性,并已應用于實際的直流壓縮機矢量控制系統。
上傳時間: 2013-06-13
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隨著永磁同步電機在許多領域得到廣泛應用,對永磁同步電機的研究成為一種必然的發展趨勢,具有實際的意義和價值。本文采用TI公司專用于電機控制的TMS320F240型數字信號處理器作為核心,開發了全數字化的永磁同步電機矢量控制調速系統的軟件,并在改進的清華電機控制試驗平臺上進行了帶機試驗,結果驗證了系統設計方案的可行性。 本文首先深入的研究了永磁同步電機的矢量控制理論,建立了永磁同步電機數學模型,并在此基礎上討論了永磁同步電機的矢量控制調速方案;然后,以清華電機控制試驗平臺為基礎介紹了控制系統硬件結構,其中主要論述了控制電路各部分及外圍輔助電路的設計和調試。在硬件的基礎上,軟件采用匯編語言編程,實現了轉速和電流雙閉環矢量控制,并給出了系統主程序和PWM下溢中斷處理程序流程圖,永磁同步電機矢量控制的主要控制策略如轉子相位的初始化、電流采樣、速度位置采樣、矢量坐標變換、sinθ、cosθ值生成、PI調節、空間電壓矢量(SVPWM)模塊等都是在PWM下溢中斷服務子程序中完成的。為達到數值的統一,對軟件中所采用的參數進行了定標。最后在基于硬件平臺的基礎上,對軟件進行帶機調試,試驗表明電機能快速響應并跟蹤給定轉速,從而證明整個系統設計的正確性。 另外,本文還在MATLAB/SIMULINK的基礎上,建立采用模糊神經網絡控制器的永磁同步電機的仿真模型,仿真結果表明:該控制系統具有較好的位置響應和抗干擾能力強。 在論文的最后,對全文的工作做了總結。
上傳時間: 2013-07-27
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擴頻通信技術因為具有較強的抗干擾、抗噪聲、抗多徑衰落能力、較好的保密性、較強的多址能力和高精度測量等優點,在軍事抗干擾和個人通信業務中得到了很大的發展。尤其是基于擴頻理論的CDMA通信技術成為國際電聯規定的第三代移動通信系統的主要標準化建議后,標志著擴頻通信技術在民用通信領域的應用進入了新階段。 近年來,隨著微電子技術和電子設計自動化(EDA)技術的迅速發展,以FPGA和CPLD為代表的可編程邏輯器件憑借其設計方便靈活等特點廣泛應用于數字信號處理領域。 本論文正是采用基于FPGA硬件平臺來實現了一個直接序列擴頻通信基帶系統,該系統的實現涉及擴頻通信和有關FPGA的相關知識,以及實現這些模塊的VHDL硬件描述語言和QuartusⅡ開發平臺,目標是實現一個集成度高、靈活性強、并具有較強的數據處理能力的擴頻通信基帶系統。 本論文中首先對擴頻通信的基礎理論做了探討,著重對直序擴頻的理論進行了分析;其次根據理論分析,設計了全數字直接序列擴頻基帶系統的結構,完成了擴頻序列的產生、信息碼的輸入和擴頻。重點完成了對基帶擴頻信號的相關解擴和幾種同步捕獲電路的設計,將多種專用芯片的功能集成在一片大規模FPGA芯片上。在論文中列出了部分模塊的VHDL程序,并在QuartusⅡ仿真平臺上完成各部分模塊的功能仿真。
上傳時間: 2013-04-24
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GSM是全球使用最為廣泛的一種無線通信標準,不僅在民用領域,也在鐵路GSM-R等專用領域發揮著極為重要的作用。由于無線信道具有瑞利衰落和延時效應,在通信系統的收發兩端也存在不完全匹配等未知因素,因此接收的信號疊加有各種誤差因素的影響。GSM接收機的實現離不開系統的同步,為了得到更好的同步質量,就必須對GSM基帶同步技術進行研究,選擇一種最合適的同步算法。GSM的同步既有時間同步,也有頻率同步。 @@ 軟件無線電是當前通信領域引入注目的熱點之一。長期以來,GSM的接收和解調都是由專用的ASIC芯片來完成的,通過軟件來實現GSM接收機的基帶算法,體現了軟件無線電技術的思想,選擇用它們來實現的GSM接收機具有靈活、可靠、擴展性好的優點。 @@ 論文主要討論GSM接收機同步算法與基于FPGA和DSP的GSM接收機設計, @@ 主要內容包括: @@ 通過相關理論知識的學習,設計驗證了GSM基帶同步算法。對FB時間同步,討論了包絡檢測和FFT變換兩種不同的方法;對SB時間同步,介紹實相關和復相關兩種方法;對頻率同步,給出了一種對FB運用相關運算來精確估計頻率誤差的算法。 @@ 設計了使用GSM射頻收發芯片RDA6210并通過實驗室的ALTERA EP3C25FPGA開發板進行控制的GSM射頻端的解決方案,論文對RDA6210的性能和控制方式進行了詳細的介紹,設計了芯片的控制模塊,得到了下變頻后的GSM基帶信號。 @@ 設計了基于RF前端+FPGA的GSM接收機方案。利用ALTERA EP2S180開發平臺來完成基帶數據的處理。針對ALTERA EP2S180開發平臺模數轉換器AD9433的特點使用THS4501設計了單獨的差分運算放大器模塊;設計了平臺的數據存儲方案并將該平臺得到的基帶采樣數據用于同步算法的仿真。 @@ 設計了基于RF前端+DSP的GSM接收機方案。利用模數轉換器AD9243、FPGA芯片和TMS320C6416TDSP芯片來完成基帶數據的處理。設計了McBSP+EDMA傳輸的數據存儲方案。 @@ 給出了接收機硬件測試的結果,從多方面驗證了所設計硬件平臺的可靠性。 @@關鍵詞:GSM接收機;同步;RF; FPGA;DSP;
上傳時間: 2013-07-01
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