心音信號是人體最重要的生理信號之一，包含心臟各個部分如心房、心室、大血管、心血管及各個瓣膜功能狀態(tài)的大量生理病理信息。心音信號分析與識別是了解心臟和血管狀態(tài)的一種不可缺少的手段。本文針對目前該研究領(lǐng)域中存在的分析方法問題和分類識別技術(shù)難點展開了深入的研究，內(nèi)容涉及心音構(gòu)成的分析、心音信號特征向量的提取、正常心音信號（NM）和房顫（AF）、主動脈回流（AR）、主動脈狹窄（AS）、二尖瓣回流（MR）4種心臟雜音信號的分類識別。本文的工作內(nèi)容包括以下5個方面： a）心音信號采集與預(yù)處理。本文采用自行研制的帶有錄音機功能的聽診器實現(xiàn)對心音信號的采集。通過對心音信號噪聲分析，選用小波降噪作為心音信號的濾波方法。根據(jù)實驗分析，選擇Donoho閾值函數(shù)結(jié)合多級閾值的方法作為心音信號預(yù)處理方案。 b）心音信號時頻分析方法。文中采用5種時頻分析方法分別對心音信號進行了時頻譜特性分析，結(jié)果表明：不同的時頻分析方法與待分析心音信號的特性有密切關(guān)系，即需要在小的交叉項干擾與高的時頻分辨率之間作綜合的考慮。鑒于此，本文提出了一種自適應(yīng)錐形核時頻（ATF）分析方法，通過實驗驗證該分布能較好地反映心音信號的時頻結(jié)構(gòu)，其性能優(yōu)于一般錐形核分布（CKD）以及Choi-Williams分布（CWD）、譜圖（SPEC）等固定核時頻分析方法，從而選擇自應(yīng)錐形核時頻分析方法進行心音信號分析。 c）心音信號特征向量提取。根據(jù)對3M Littmann（） Stethoscopes[31]數(shù)據(jù)庫中標(biāo)準(zhǔn)心音信號的時頻分析結(jié)果，提取8組特征數(shù)據(jù)，通過Fihser降維處理方法提取出了實現(xiàn)分類可視化，且最易于分類的心音信號的2維特征向量，作為心音信號分類的特征向量。 d）心音信號分類方法。根據(jù)心音信號特征向量組成的散點圖，研究了支持向量機核函數(shù)、多分類支持向量機的選取方法，同時，基于分類的目的 性和可信性，本文提出以分類精度最大為判斷準(zhǔn)則的核函數(shù)參數(shù)與松弛變量的優(yōu)化方法，建立了心音信號分類的支持向量機模型，選取標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)庫中NM、AF、AR、AS、MR每類心音信號的80組2維特征向量中每類60組數(shù)據(jù)作為支持向量機的學(xué)習(xí)樣本，對余下的每類20組數(shù)據(jù)進行測試，得到每類的分類精度（Ar）均為100％，同時對臨床上采集的與上述4種同類心臟雜音信號和正常心音信號中每類24個心動周期進行分類實測，分類精度分別為：NM、AF、MR的分類精度均為100％，而AR、AS均為95．83％，驗證了該方法的分類有效性。 e）心音信號分析與識別的軟件系統(tǒng)。本文以MATLAB語言的可視化功能實現(xiàn)了心音信號分析與識別的軟件運行平臺構(gòu)建，可完成對心音信號的讀取、預(yù)處理，繪制時-頻、能量特性的三維圖及兩維等高線圖；同時，利用MATLAB與EXCEL的動態(tài)鏈接，實現(xiàn)對心音信號分析數(shù)據(jù)的存儲以及統(tǒng)計功能；最后，通過對心音信號2維特征向量的分析，實現(xiàn)心音信號的自動識別功能。 本文的研究特色主要體現(xiàn)在心音信號特征向量提取的方法以及多分類支持向量機模型的建立兩方面。 綜上所述，本文從理論與實踐兩方面對心音信號進行了深入的研究，主要是采用自適應(yīng)錐形核時頻分析方法提取心音信號特征向量，根據(jù)心音信號特征向量組成的散點圖，建立心音信號分類的支持向量機模型，并對正常心音信號和4種心臟雜音信號進行了分類研究，取得了較為滿意的分類結(jié)果，但由于用于分類的心臟雜音信號種類及數(shù)據(jù)量尚不足，因此，今后的工作重點是采集更多種類的心臟雜音信號，進一步提高心音信號分類精度，使本文研究成果能最終應(yīng)用于臨床心臟量化聽診。 關(guān)鍵詞：心音信號，小波降噪，非平穩(wěn)信號，心臟雜音，信號處理，時頻分析，自適應(yīng)，支持向量機
上傳時間： 2013-04-24
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直接轉(zhuǎn)矩控制技術(shù)是繼矢量控制技術(shù)之后交流調(diào)速領(lǐng)域中新興的控制技術(shù)，它采用空間矢量的分析方法，在定子坐標(biāo)系下計算并控制轉(zhuǎn)矩和磁鏈，以獲得轉(zhuǎn)矩的高動態(tài)性能。比較于矢量控制，它省去了復(fù)雜的矢量變換，克服了對電機轉(zhuǎn)子參數(shù)的依賴性，具有轉(zhuǎn)矩響應(yīng)快的優(yōu)點。然而，異步電動機的直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)存在轉(zhuǎn)矩、電流和磁鏈脈動較大，開關(guān)頻率不恒定的問題。本文在傳統(tǒng)直接轉(zhuǎn)矩控制的基礎(chǔ)上，針對其存在的缺點提出了基于空間矢量脈寬調(diào)制的直接轉(zhuǎn)矩控制策略。 這種新型的直接轉(zhuǎn)矩控制策略使空間矢量脈寬調(diào)制技術(shù)和直接轉(zhuǎn)矩控制技術(shù)相結(jié)合。把電動機和PWM逆變器看成一體，使電動機獲得賦值恒定的近似理想的圓形磁場，解決其轉(zhuǎn)矩、電流、磁鏈脈動大，開關(guān)頻率不恒定的問題。在論文撰寫的過程中做了如下工作： 根據(jù)電機原理和坐標(biāo)變換理論，建立定子正交α—β兩相靜止坐標(biāo)系下的異步電動機的數(shù)學(xué)模型，包括電機的磁鏈模型、轉(zhuǎn)矩模型和運動方程。 設(shè)計PI控制器，該控制器把轉(zhuǎn)矩和磁鏈誤差信號轉(zhuǎn)換成參考電壓，然后通過坐標(biāo)變換把參考電壓變換成SVPWM模塊所需的指令電壓，對SVPWM模塊進行控制。 設(shè)計SVPWM控制模塊，其中設(shè)計了期望電壓空間矢量的合成方法，矢量區(qū)段的判斷，計算了開關(guān)器件的導(dǎo)通時間和時刻。 通過理論分析和設(shè)計各個模塊，組成了控制系統(tǒng)逆變器部分的仿真模型。在MATLAB/SIMULINK仿真工具箱中搭建仿真模型，通過設(shè)置合理的仿真參數(shù)、電機參數(shù)、給定量參數(shù)以及PI控制器的控制參數(shù)對系統(tǒng)進行仿真研究，從而在理論上驗證系統(tǒng)設(shè)計的正確性。 仿真實驗結(jié)果證明了這種基于空間矢量脈寬調(diào)制的直接轉(zhuǎn)矩控制方法可以有效改善直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)的性能。減小傳統(tǒng)直接轉(zhuǎn)矩控制中的磁鏈和轉(zhuǎn)矩脈動，并使逆變器工作在恒定的開關(guān)頻率。最后總結(jié)論文所做的研究工作，并展望了今后的研究重點和方向。
標(biāo)簽： SVPWM 異步電動機 直接轉(zhuǎn)矩
上傳時間： 2013-04-24
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嵌入式圖像采集系統(tǒng)具有體積小、成本低、穩(wěn)定性高等優(yōu)點，在遠程監(jiān)控、可視電話、計算機視覺、網(wǎng)絡(luò)會議等領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。為克服傳統(tǒng)基于單片機的圖像采集系統(tǒng)的種種不足，本文提出了一種新的解決方案，利用高速的ARM9嵌入式微處理器S3C2410A為硬件核心，搭配USB攝像頭，結(jié)合Linux構(gòu)建了一套嵌入式的圖像采集系統(tǒng)。USB攝像頭有著容易購買、性價比高等優(yōu)點，但長期以來將其直接應(yīng)用于嵌入式系統(tǒng)卻很困難。隨著ARM微處理器的廣泛應(yīng)用，嵌入式系統(tǒng)的性能得到了極大的提升。人們逐漸將操作系統(tǒng)引入其中，方便系統(tǒng)的管理和簡化應(yīng)用程序的開發(fā)。Linux是一個免費開源的優(yōu)秀操作系統(tǒng)，將其移植到嵌入式系統(tǒng)中能夠?qū)ο到y(tǒng)進行高效地管理、極大地方便應(yīng)用程序的開發(fā)。嵌入式的Linux操作系統(tǒng)繼承了Linux的優(yōu)良特性，還有著節(jié)約資源，實時性強等優(yōu)點。在本方案中以嵌入式Linux操作系統(tǒng)為基礎(chǔ)，借助其對USB、網(wǎng)絡(luò)等的強大支持能力來構(gòu)建高度靈活的圖像采集系統(tǒng)。通過利用Linux操作系統(tǒng)內(nèi)建的video4Linux對攝像頭進行編程，實現(xiàn)了將USB攝像頭采集到的視頻數(shù)據(jù)進行顯示和存為圖片的功能。本文中具體講述了嵌入式的軟硬件平臺的構(gòu)建，USB攝像頭的驅(qū)動開發(fā)，圖像采集應(yīng)用程序的實現(xiàn)等。本文提出的嵌入式圖像采集方案適用于市面上絕大多數(shù)流行的USB攝像頭，還能把得到的圖像通過以太網(wǎng)傳輸以實現(xiàn)遠程的監(jiān)控。這套方案利用應(yīng)用程序編程接口video4linux所提供的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、應(yīng)用函數(shù)等，實現(xiàn)了在Linux環(huán)境下采集USB攝像頭圖像數(shù)據(jù)的功能，并運用嵌入式的GUI開發(fā)工具Qt/Embedded來編寫最終的應(yīng)用程序?qū)崿F(xiàn)了美觀的用戶界面。充分運用Linux操作系統(tǒng)和其工具的強大功能來實現(xiàn)圖像采集， 對基于Linux內(nèi)核的后續(xù)圖像應(yīng)用開發(fā)具有實用意義。本系統(tǒng)完全基于開放的平臺和模塊化的實現(xiàn)方法，具有良好的可移植性，可方便地進行各種擴展。這種方案所實現(xiàn)的圖像采集系統(tǒng)成本低，靈活性高，性能好，是一種優(yōu)良的解決方案。本文詳細介紹了這種基于Linux系統(tǒng)和S3C2410A平臺的嵌入式圖像采集系統(tǒng)。關(guān)鍵詞：嵌入式，ARM，USB，圖像采集，Linux
上傳時間： 2013-06-05
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傳統(tǒng)開環(huán)運行的三相混合式步進電動機驅(qū)動系統(tǒng)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(shù)學(xué)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(jié)合電流跟蹤型PWM控制方式及恒流斬波驅(qū)動的工作原理，設(shè)計了基于數(shù)字信號處理器TMS320F2812的全數(shù)字三相混合式步進電動機正弦波細分驅(qū)動系統(tǒng)。 首先，本文從三相混合式步進電動機的數(shù)學(xué)模型出發(fā)，對步進電動機的細分驅(qū)動方式進行了研究，分析了步進電動機連續(xù)均勻旋轉(zhuǎn)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(qū)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(zhuǎn)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(zhuǎn)矩特性，使電動機均勻旋轉(zhuǎn)。 本系統(tǒng)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(diào)制（PWM）技術(shù)實現(xiàn)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(yīng)用IR公司的IR2130集成驅(qū)動芯片進行了步進電動機驅(qū)動系統(tǒng)的功率驅(qū)動環(huán)節(jié)的設(shè)計，節(jié)省了板上空間，減小了裝置體積。同時從裝置可靠性出發(fā)，設(shè)計了一套安全可靠的硬件保護電路。 實驗結(jié)果表明，本文所設(shè)計的三相混合式步進電動機正弦波細分驅(qū)動器具有優(yōu)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(wěn)，并改善了其低頻運行性能。
上傳時間： 2013-06-27
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異步電動機直接轉(zhuǎn)矩控制技術(shù)是近年來發(fā)展起來的一種新型、高性能交流調(diào)速技術(shù)。它利用電壓源型逆變器的工作過程，控制定子磁鏈的走或停，即調(diào)整定子磁鏈與轉(zhuǎn)子磁鏈的夾角大小，從而對電機轉(zhuǎn)矩進行直接控制以獲得良好的動態(tài)性能。 論文首先探討了直接轉(zhuǎn)矩控制技術(shù)的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢，闡述了直接轉(zhuǎn)矩控制的基本原理，分析了常用的圓形磁鏈軌跡控制方法，詳細介紹了直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)主要模塊的設(shè)計和實現(xiàn)。在分析交流異步電機動態(tài)數(shù)學(xué)模型、轉(zhuǎn)矩和磁鏈計算方程的基礎(chǔ)上，分析了直接轉(zhuǎn)矩控制的異步電動機在低速運行時存在轉(zhuǎn)矩脈動和轉(zhuǎn)速波動較大的問題。基于占空比控制和離散占空比控制的異步電動機直接轉(zhuǎn)矩控制方法，由電機電磁轉(zhuǎn)矩公式和合成電壓矢量理論推導(dǎo)了直接計算占空比的方法，在不影響系統(tǒng)各方面性能指標(biāo)的情況下使降低轉(zhuǎn)矩脈動的計算量大大減少，方便了計算和使用。兩種方法均具有系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單、占空比計算量小等優(yōu)點。研究結(jié)果驗證了這兩種方法的正確性和有效性。在第一種方法中加入了單神經(jīng)元控制器，使系統(tǒng)的動靜態(tài)性能得到了提高。接著對利用空間電壓矢量調(diào)制的直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)進行了研究。仿真結(jié)果表明此種方法能夠有效的降低轉(zhuǎn)矩脈動，使系統(tǒng)性能得到提高。 以TMS320F2812DSP為CPU搭建了直接轉(zhuǎn)矩控制硬件實驗平臺，調(diào)試了硬件電路。編寫了相關(guān)軟件流程圖和程序清單。
標(biāo)簽： DSP 異步電動機 直接轉(zhuǎn)矩控制
上傳時間： 2013-04-24
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基于現(xiàn)場總線的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)研究是自動控制領(lǐng)域發(fā)展的一個熱點。在各種工業(yè)現(xiàn)場總線中，CAN總線以其成本低、速度快、實時性和可靠性較高等特點被廣泛應(yīng)用于各領(lǐng)域。CIA(CAN in Automation)協(xié)會發(fā)布了完整的CANopen協(xié)議，定義了應(yīng)用層和通訊子協(xié)議，為基于現(xiàn)場總線的分布式控制系統(tǒng)的廣泛應(yīng)用提供了解決之道。 本文研究國內(nèi)外現(xiàn)場總線發(fā)展現(xiàn)狀后，以改善現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)通訊系統(tǒng)的運行效率，提高實時性和信息處理能力為前提，淺析CAN總線高層通訊協(xié)議CANopen，分析了主、從節(jié)點的各個功能，說明了功能的設(shè)計和實現(xiàn)方案。 然后，本文將CANopen協(xié)議應(yīng)用于分布式控制系統(tǒng)，詳細論述了基于PIC18控制器的從節(jié)點和基于DSP控制器的主節(jié)點的實現(xiàn)過程。主、從節(jié)點具有基于CANopen協(xié)議的總線通信功能。從節(jié)點具有數(shù)字量和模擬量輸入輸出功能。主節(jié)點可以通過鍵盤對各節(jié)點運行狀態(tài)和各節(jié)點參數(shù)進行調(diào)整，還可以通過液晶屏顯示實時控制量和各節(jié)點運行狀態(tài)。PC機能在線監(jiān)測CAN報文數(shù)據(jù)流。本文對兩種類型節(jié)點的設(shè)計思想、硬件組成和軟件設(shè)計均做了詳盡的闡述，并給出了部分關(guān)鍵硬件原理圖和軟件流程圖。 最后，把已開發(fā)的從節(jié)點和主節(jié)點組成一個溫度測控系統(tǒng)和一個電機控制系統(tǒng)。經(jīng)過實驗室測試，證明系統(tǒng)具有良好的實時性，通訊穩(wěn)定可靠，解決了傳統(tǒng)CAN總線節(jié)點通訊可控性差，無法靈活設(shè)置的問題。對目前國內(nèi)CAN總線應(yīng)用中大多把精力放在硬件之上的底層軟件開發(fā)，少有使用上層軟件協(xié)議的習(xí)慣，起到了一定的推動意義，提高了應(yīng)用水平。
標(biāo)簽： CANopen 協(xié)議 分布式控制系統(tǒng)
上傳時間： 2013-04-24
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本文以濾波技術(shù)飛速發(fā)展，小波濾波優(yōu)越性的凸現(xiàn)，以及虛擬儀器的易操作等良好特性為背景，以簡單易行和濾波效果良好為研究目的，展開本文信號濾波處理的研究工作。 在深入研究三種小波濾波方法原理和優(yōu)缺點的基礎(chǔ)上，本文提出了一種新的優(yōu)化濾波方法，包括以下三個方面： 首先，將靜態(tài)小波變換(SWT)應(yīng)用于濾波處理。利用SWT的平移不變性和冗余性來進行含噪信號的分解，這樣不僅彌補了正交小波變換的不足，而且提高了濾波性能。 然后，提出了基于空域相關(guān)的優(yōu)化閾值函數(shù)濾波算法。該算法把小波系數(shù)間的相關(guān)性應(yīng)用于閾值濾波。它是在構(gòu)造出基于空域相關(guān)的顯著性函數(shù)和基于顯著性函數(shù)的閾值濾波過程的基礎(chǔ)上，提出了基于空域相關(guān)的優(yōu)化閾值函數(shù)，并且把極小化廣義交叉驗證(GCV)得到均方差(MSE)意義下的最優(yōu)閾值作用于該優(yōu)化閾值函數(shù)。該濾波算法不僅實現(xiàn)了噪聲的有效去除，而且信號的重要特征也保留完好； 最后，引入了新型鎖相環(huán)--正交鎖相環(huán)(QPLL)。鑒于QPLL不僅具有鎖定范圍寬、入鎖速度快、鎖定后精度高的性能，而且還具有良好的抑制諧波、噪聲的能力，以及對波形畸變不敏感等良好特性，所以QPLL的引入達到了信號鎖定和優(yōu)化濾波的目的，使優(yōu)化濾波方法的設(shè)計更具新意，而且取得了更好的濾波效果。 為了驗證優(yōu)化濾波方法，本文搭建了實驗平臺，它是由FPGA信號采集部分和LabVIEW軟件濾波處理兩個部分構(gòu)成。通過傳感器采集信號，經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換后送入FPGA。以FPGA為CPU控制A/D轉(zhuǎn)換，并進行波形數(shù)據(jù)緩存，在接收到LabVIEW的命令后，將存儲的數(shù)據(jù)送給串口。在LabVIEW中，從串口檢測所需的波形數(shù)據(jù)，然后通過優(yōu)化濾波方法將數(shù)據(jù)進行濾波處理，最后在前面板中把實驗結(jié)果顯示出來。 實驗結(jié)果表明，該優(yōu)化濾波方法不僅能實現(xiàn)優(yōu)良的濾波功能，而且簡單易行，是一種有效的濾波方法。
上傳時間： 2013-07-20
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為了減小異步電機在起動過程中過高電流對電網(wǎng)的沖擊，消除傳統(tǒng)降壓起動對電器和機械設(shè)備的不利影響，提高電機的起動特性，本文基于電力電子技術(shù)對異步電機的軟起動進行了較為深刻的研究。 本文介紹并設(shè)計了一種基于PIC18F4550的新型的軟起動器。在功能上，除了具有一般的電壓斜坡軟起動和電流限流軟起動功能，還增加了專門針對泵類負載的轉(zhuǎn)矩閉環(huán)泵控軟起動模式。這種起動方式有效的降低了水泵起動和停止時造成的水錘，并減輕了管路系統(tǒng)的振蕩。同時，針對異步電動機軟起動過程中出現(xiàn)的電流、電磁轉(zhuǎn)矩以及轉(zhuǎn)速振蕩問題，分析了引起振蕩的影響因素及其產(chǎn)生原因，采用以電流關(guān)斷時刻為晶閘管觸發(fā)基準(zhǔn)來抑制振蕩問題。 文章首先分析研究了異步電機的基本結(jié)構(gòu)和工作原理，確定了軟起動器所采用的基本原理和控制方法。分析得出為改善泵類負載起動性能所采用的轉(zhuǎn)矩閉環(huán)泵控制策略以及為減小振蕩所采用的關(guān)斷角控制方法的可行性。 其次，本課題對傳統(tǒng)的軟起動器的改進進行了嘗試。采用Microchip公司的PIC18F4550芯片為控制核心。在此基礎(chǔ)上，詳細介紹了交流采樣電路、同步觸發(fā)電路以及通迅接口電路等硬件電路。軟件方面采用C語言和匯編語言混合編程實現(xiàn)模塊化程序的設(shè)計，在文中較為詳細地介紹了控制系統(tǒng)各部分軟件的設(shè)計思想和實現(xiàn)，其中包括主程序流程、各種起動方式的控制程序等。 在文章最后給出了基于MATLAB搭建的軟起動系統(tǒng)的仿真模型，仿真結(jié)果表明這種帶泵控制功能的軟起動器可以有效的減小電機起動過程中過高電流對電網(wǎng)的沖擊，優(yōu)化了電機的起動性能。
上傳時間： 2013-06-13
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電力電子系統(tǒng)的集成化是現(xiàn)今電力電子技術(shù)發(fā)展的趨勢，系統(tǒng)的模塊化和標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)是目前電力電子領(lǐng)域的重要研究方向。研究基于電力電子網(wǎng)絡(luò)的變流系統(tǒng)，對復(fù)雜電力電子裝置的系統(tǒng)級集成具有重要意義，是電力電子系統(tǒng)集成技術(shù)的基本組成部分。本文從變流系統(tǒng)的功率流和信息流雙重分布性的角度出發(fā)。對電力電子系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)（Power Electronics System Network，PES—Net）的模型和變流系統(tǒng)的通信需求進行分析，提出實時電力電子系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)（Real—time power electronics system network，RT—PES—Net）；并對基于新網(wǎng)絡(luò)的分布式控制及管理方案和模塊化軟件方案等內(nèi)容進行系統(tǒng)的研究，提出基于棧操作的實時軟件構(gòu)建方案。本文的研究將為變流系統(tǒng)的控制結(jié)構(gòu)和軟件方案標(biāo)準(zhǔn)化提供參考和理論依據(jù)，為應(yīng)用系統(tǒng)的集成提供解決方案。 復(fù)雜中大功率變流系統(tǒng)是網(wǎng)絡(luò)化分布式控制系統(tǒng)的應(yīng)用對象。首先，論文以復(fù)雜系統(tǒng)為研究對象，分析了應(yīng)用系統(tǒng)的功率流和信息流在空間結(jié)構(gòu)上的對偶關(guān)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(chǔ)上，研究了變流系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)化分布式控制方案，并得出系統(tǒng)組構(gòu)的初步構(gòu)想，總結(jié)出適合復(fù)雜電力電子系統(tǒng)集成的標(biāo)準(zhǔn)化理論。 接著，論文對電力電子網(wǎng)絡(luò)模型進行了研究。分析了現(xiàn)有各類總線網(wǎng)絡(luò)和目前用于電力電子應(yīng)用系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)，從結(jié)構(gòu)、速率和協(xié)議等各個方面將兩類網(wǎng)絡(luò)進行了系統(tǒng)的對比。明確了電力電子系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)（PES—Net）的定義，分析并總結(jié)復(fù)雜電力電子實時系統(tǒng)所需網(wǎng)絡(luò)必需具備的條件。根據(jù)現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)技術(shù)背景，綜合控制結(jié)構(gòu)和網(wǎng)絡(luò)需求，提出了電力電子系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)（PES—Net）的模型。 為滿足變流系統(tǒng)的實時控制，論文對分布式控制結(jié)構(gòu)的通信需求進行了研究。以網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)（Networked Control System，NCS）為背景，對變流器系統(tǒng)控制信息延時因素進行了分析；通過對典型電力電予系統(tǒng)的分析，歸納和總結(jié)了系統(tǒng)的控制功能和控制內(nèi)容，對系統(tǒng)不同層次的控制任務(wù)進行了響應(yīng)時間需求分析和網(wǎng)絡(luò)的分層配置；通過對仿真結(jié)果的分析，研究了應(yīng)用系統(tǒng)內(nèi)模塊控制信息延時對不同應(yīng)用系統(tǒng)的性能影響和對開關(guān)頻率的限制。根據(jù)變流系統(tǒng)對控制延時的接受程度，將電力電子復(fù)雜系統(tǒng)歸為兩大類：1）零延時系統(tǒng)；2）定延時系統(tǒng)。針對上述兩類系統(tǒng)，論文給出了電力電子網(wǎng)絡(luò)（PES—Net）的通道容量和應(yīng)用系統(tǒng)開關(guān)周期的計算方法。 論文對開放式、分布式的電力電子系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)（PES—Net）的硬件組成和同步方案進行了研究，提出新的實時網(wǎng)絡(luò)和系統(tǒng)級集成方案。根據(jù)主節(jié)點和從節(jié)點的控制任務(wù)需求，分別從功能和系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的角度對開放式網(wǎng)絡(luò)的硬件構(gòu)成進行研究；根據(jù)控制系統(tǒng)的接口需求分析，對節(jié)點的通用性設(shè)計進行重點討論。針對網(wǎng)絡(luò)的同步問題，本文分析了簡單有效的解決方法，即基于數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)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(tǒng)同絡(luò)（RT-PES-Net）的同步方案，研究適合變流器實時控制的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和相應(yīng)的硬件配置。根據(jù)應(yīng)用控制和通信系統(tǒng)所需的各種操作，論文對實時網(wǎng)絡(luò)的管理進行了討論，研究了信息幀管理和相應(yīng)的硬件設(shè)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(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)及其管理方案，論文給出了組構(gòu)以PEBB為基礎(chǔ)的變流系統(tǒng)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(shè)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?qū)崟r構(gòu)件的內(nèi)聚性；對軟件模塊化的通用性進行研究，分析模塊接口參數(shù)和變量的申明和配置，并研究參數(shù)的定標(biāo)，對構(gòu)件進行分類；分析子程序?qū)崟r構(gòu)件在執(zhí)行速度上的優(yōu)點。論文對電力電子系統(tǒng)控制軟件（Powerr Electronics System Control Software，PES-CS）的組構(gòu)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(yīng)的實驗研究和分析。論文對提出的實時電力電子系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)（RT-PES-Net）進行了通信實驗，將新網(wǎng)絡(luò)拓撲對變流系統(tǒng)的延時影響與舊網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的延時影響進行比較，總結(jié)新網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)在控制實時性、提高開關(guān)頻率、網(wǎng)絡(luò)可擴展性和管理靈活度等方面的優(yōu)勢。論文針對RT-PES-Net進行應(yīng)用研究，驗證該網(wǎng)絡(luò)可解決網(wǎng)絡(luò)通信失步所造成的問題。論文對基于通用型實時構(gòu)件和棧操作的模塊化軟件方案進行實驗驗證，為標(biāo)準(zhǔn)化軟件庫的建立和系統(tǒng)級集成提供參考方案。 網(wǎng)絡(luò)化的控制結(jié)構(gòu)研究是復(fù)雜電力電子系統(tǒng)級集成研究的關(guān)鍵。本課題針對復(fù)雜變流系統(tǒng)提出了實時電力電子系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)（RT-PES-Net），并以該網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)對分布式控制結(jié)構(gòu)及相應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)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(tǒng)提供標(biāo)準(zhǔn)化、開放式的網(wǎng)絡(luò)參考體系，并以此結(jié)構(gòu)來快速構(gòu)建終端復(fù)雜變流系統(tǒng)，為實現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)的應(yīng)用系統(tǒng)組構(gòu)提供參考方案，有助于解決電力電子標(biāo)準(zhǔn)化推廣所面臨的難題。論文為應(yīng)用系統(tǒng)的即插即用和動態(tài)重構(gòu)提供了研究基礎(chǔ)，從而為最終實現(xiàn)復(fù)雜變流器的應(yīng)用系統(tǒng)級集成提供系統(tǒng)化的理論和方法依據(jù)。同時，論文的研究開拓了電力電子系統(tǒng)集成和標(biāo)準(zhǔn)化研究的一個新方向。
標(biāo)簽： 電力電子 網(wǎng)絡(luò) 系統(tǒng)研究
上傳時間： 2013-06-15
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隨著現(xiàn)代電機技術(shù)、現(xiàn)代電力電子技術(shù)、微電子技術(shù)、控制技術(shù)及計算機技術(shù)等支撐技術(shù)的快速發(fā)展，先前困擾著交流伺服系統(tǒng)的電機控制復(fù)雜、調(diào)速性能差等問題取得了突破性的進展。交流伺服系統(tǒng)的性能日漸提高，價格趨于合理。交流伺服系統(tǒng)取代直流伺服系統(tǒng)尤其是在高精度、高性能要求的伺服驅(qū)動領(lǐng)域成了現(xiàn)代伺服控制系統(tǒng)的一個發(fā)展趨勢。由于感應(yīng)電機具有結(jié)構(gòu)堅固，制造容易，價格低廉等優(yōu)勢，因而感應(yīng)電機伺服系統(tǒng)具有很好的發(fā)展前景，代表了將來交流伺服技術(shù)的發(fā)展方向。 首先，本文結(jié)合大量的文獻資料，總結(jié)和分析了當(dāng)前交流伺服系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀，明確了加強開發(fā)交流感應(yīng)電機伺服系統(tǒng)的意義。 其次，深入研究了矢量控制的坐標(biāo)變換理論和交流感應(yīng)電機的數(shù)學(xué)模型。在此基礎(chǔ)闡述了基于轉(zhuǎn)子磁場定向的矢量控制原理，建立其相應(yīng)的控制方程。結(jié)合空間矢量脈寬調(diào)制(SVPWM)的原理，提出了交流伺服系統(tǒng)的控制方案。 再次，本研究以DSP TMS320F2812A為核心控制單元，以一體化智能功率模塊(ASIPM)為功率電路主體，基于模塊化設(shè)計原則設(shè)計和實現(xiàn)了一臺軟、硬件結(jié)合的全數(shù)字化控制系統(tǒng)；并對設(shè)計中的一些關(guān)鍵環(huán)節(jié)進行了理論研究和實踐探索。 最后，對感應(yīng)電機伺服系統(tǒng)進行了試驗研究。本文通過實驗分析，驗證了系統(tǒng)設(shè)計方案的有效性和可行性，并指出了系統(tǒng)進一步的改進方向。
標(biāo)簽： DSP 交流伺服 控制系統(tǒng)
上傳時間： 2013-06-01
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