近年來，隨著永磁材料的發展，永磁同步電機應用日益廣泛。永磁同步電機根據反電動勢和電流波形的不同，可分為梯形波永磁同步電機(無刷直流電機)和正弦波永磁同步電機(永磁同步電機)。正弦波永磁同步電機為實現其正弦波驅動控制需要連續的轉子位置信號，通常采用機械位置傳感器(旋轉變壓器、光電編碼器等)，機械位置傳感器雖可以提供高精度的轉子位置信息，但其體積大，價格高，增加了轉子的慣量，且性能易受環境因素的影響，限制了永磁同步電機的應用場合。近年來受到廣泛的關注的無位置傳感器技術，是通過檢測反電動勢(電壓)或電流等過零點獲取轉子的位置信號，此技術雖取消了機械位置傳感器，但存在控制復雜，位置檢測精度不高，運行轉速范圍受到限制等問題。為解決上述問題，本文研究采用低成本的低分辨率位置傳感器取代機械位置傳感器，通過位置估算法得到高分辨率的轉子位置信號，以實現永磁同步電機的正弦波驅動控制問題。 首先，本文分析了傳統的采用位置區間的平均速度和采用平均速度并引用平均加速度實現位置估算法的原理，針對其不足提出了一種改進的方法，該法通過對位置區間初始速度的估算，可以顯著提高速度、位置的估算精度。本文建立上述三種位置估算法的Matlab仿真模型，并對其進行了仿真研究，仿真結果表明：改進位置估算方法即使在加減速等動態性能過程中也能保持較小的位置誤差，性能明顯優于傳統的方法。 其次，完成了以TI公司的數子信號處理器(DSP)TMS320LF2407A為主控芯片，以IR公司IR2110為驅動芯片采用低分辨率位置傳感器的正弦波永磁同步電機控制系統的硬件電路的設計和調試工作。探討了正弦波永磁同步電機在采用無電流傳感器的電流開環控制時的控制策略問題。在此情況下電壓相位角φ對電機運行性能有重要的影響，為得到最佳的φ=f(ω)曲線，需根據負載特性進行優化。 最后，完成了基于TMS320LF2407A采用低分辨率位置傳感器的正弦波永磁同步電機的軟件設計，文中詳細討論了位置估算程序和實現SVPWM程序的設計和調試，并對其進行了實驗驗證。
上傳時間： 2013-07-23
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隔離升壓DC-DC變換器在電動汽車、儲能系統、可再生能源發電以及超導儲能系統等領域有廣闊的應用前景。本文以隔離升壓全橋變換器(Isolated Boost Full Bridge Converter,簡稱IBFBC)為研究對象，針對隔離升壓型變換器的拓撲結構、起動問題、隔離變壓器漏感問題、軟開關問題和輸入電感磁復位問題等進行了系統深入的研究，解決了這一類拓撲所共有技術問題。 提出了隔離升壓DC-DC變換器拓撲族，分析比較了各種拓撲的特點，確定了以IBFBC為研究對象。對IBFBC進行了詳細的穩態分析和小信號建模分析，為其分析、設計和搭建實驗平臺提供了電路理論基礎。 理論上分析了IBFBC起動時存在電流沖擊的原因。提出了二種數字化軟起動方案，該方案對主電路進行了改造，利用DSP能靈活產生PWM波的特點采用了新的控制策略，成功實現了該系統的軟起動。 理論上分析了IBFBC隔離變壓器漏感引起功率開關管關斷電壓尖峰的原因，采用了有源箝位的方法，有效的解決電壓尖峰問題。提出了帶有源箝位IBFBC的九種PWM控制策略，提出了一種控制型軟PWM方法，在不增加主電路元器件的基礎上，通過控制PWM的發生方法，實現了有源箝位功率開關管和橋臂功率開關管的零電壓開通。 從理論上分析了IBFBC輸入電感磁復位問題。在正常停機時提出了一種數字化軟停止的方法，控制變換器由Boost工作狀態逐漸過渡到Buck工作狀態，讓輸入電感存儲的能量逐漸釋放掉，最后停止工作。對于故障保護停機，采用了繞組磁復位的方法，把輸入電感設計成反激式變換器形式，突然停機時，電感中存儲的能量通過反激式繞組釋放到輸出端，這樣保護了變換器不會損壞。 給出了主電路關鍵器件參數的設計方法，設計了以DSP-TMS320F2407為核心的數字控制單元，編寫了DSP控制程序和CPLD邏輯處理程序。研制了一臺輸出功率5KW，輸入電壓直流24V，輸出電壓直流300V的IBFBC,通過全面的性能實驗驗證了理論分析和仿真結果。 本文立足于IBFBC的關鍵技術要求，并充分考慮工程應用中的實際因素，進行了理論分析和實驗研究，為實際系統方案設計提供理論依據，并已經在實際應用中得到驗證。
上傳時間： 2013-04-24
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電壓源型PWM逆變器在當前的工業控制中應用越來越廣泛，在其應用領域中，交流電動機的運動控制是其很重要的組成部分。在PWM逆變器的控制過程中，設置死區是為了避免逆變器的同一橋臂的兩個功率開關器件發生直通短路。盡管死區時間很短，然而當開關頻率很高或輸出電壓很低時，死區將使逆變器輸出電壓波形發生很大畸變，進而導致電動機的電流發生畸變，電機附加損耗增加，轉矩脈動加大，最終導致系統的控制性能降低，甚至可能導致系統不穩定。為此，需要對逆變器的死區進行補償。本文針對連續空間矢量調制提出了一種改進的減小零電流鉗位和寄生電容影響的死區效應補償方法；針對斷續空間矢量調制提出了通過改變空間矢量作用時間，來改變驅動信號脈沖寬度的補償方法，并對這兩種方法進行了理論分析和仿真研究。 本文首先詳細分析了死區時間對逆變器輸出電壓和電流的影響，以及功率開關器件寄生電容對輸出電壓的影響。其次對已提出的減小零電流鉗位和寄生電容影響的死區效應補償方法進行了理論分析，該方法先計算出補償電壓，再對由零電流鉗位現象引起的補償電壓極性錯誤進行校正，極性校正的參考量為d軸補償電壓的幅值，然而補償電壓的大小隨電流的變化而變化，因此該方法存在電壓極性校正時參考量為變化量的缺點，而且該方法只適用于id=0的控制方式，適用性較差。針對這些問題，本文提出了改進的減小零電流鉗位和寄生電容影響的補償方法，改進后的方法是先對由零電流鉗位現象引起的電流極性錯誤進行校正，然后再計算補償電壓的大小，電流極性校正時的參考量為三相電流極性函數轉化到γ-坐標系的函數sγ的幅值，sγ的幅值與補償電壓大小無關為恒定值，而且適用于任何控制方式，適應性強。再次把改進的減小零電流鉗位和寄生電容影響的死區效應補償方法應用到PMSM矢量控制系統中，采用MATLAB和Pspice兩種方法進行了仿真研究，仿真結果驗證了補償方法的有效性。對兩種仿真結果的對比分析，表明PSpice模型能更好的模擬逆變器的非線性特性。 最后，文章分析了連續空間矢量調制和斷續空間矢量調制的輸出波形的區別和死區對兩種波形影響的不同。針對DSP芯片TMS320LF2407A硬件產生的斷續SVPWM波，提出了根據電壓矢量和電流矢量的相位關系，通過改變空間矢量作用時間，來改變驅動信號脈沖寬度，對其進行死區補償的方法。給出了基本空間矢量作用時間調整的實現方法，并建立了MATLAB仿真模型，進行仿真研究，仿真結果驗證了補償方法的正確性和有效性。
上傳時間： 2013-06-04
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雙向DC/DC變換器（Bi-directionalDC/DCconverters）是能夠根據需要調節能量雙向傳輸的直流/直流變換器。隨著科技的發展，雙向DC/DC變換器的應用需求越來越多，正逐步應用到無軌電車、地鐵、列車、電動車等直流電機驅動系統，直流不間斷電源系統，航天電源等場合。一方面，雙向DC/DC變換器為這些系統提供能量，另一方面，又使可回收能量反向給供電端充電，從而節約能量。 大多數雙向DC/DC變換器采用復雜的輔助網絡來實現軟開關技術，本文所研究的Buck/Boost雙向的DC/DC變換器從拓撲上解決器件軟開關的問題；由于Buck/Boost雙向DC/DC變換器的電流紋波較大，這會帶來嚴重的電磁干擾，本文結合Buck/Boost雙向DC/DC變換器拓撲與磁耦合技術使電感電流紋波減小；由于在同一頻率下不同負載時電流紋波不同，本文在控制時根據負載改變PWM頻率，從而使輕載時的電流紋波均較小。 本文所研究的雙向DC/DC變換器采用DSP處理器進行控制，其原因在于：目前沒有專門用于控制該Buck/Boost雙向DC/DC變換器的控制芯片，而DSP具有多路的高分辨率PWM，通過對DSP寄存器的配置可以實現Buck/Boost雙向DC/DC變換器的控制PWM；DSP具有多路高速的A/D轉換接口，并可以通過配合PWM完成對反饋采樣，具備一定的濾波功能。 本文所研究的數字雙向DC/DC變換器實現了在Buck模式下功率MOSFET的零電壓開通及零電壓關斷，電感電流的交迭使其電感輸出端電流紋波明顯變小，輕載時PWM頻率的提升也使得電流紋波變小。
上傳時間： 2013-06-08
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逆變電源的發展是和電力電子器件的發展聯系在一起的，隨著現代電力電子技術的迅猛發展，逆變電源在許多領域的應用也越來越廣泛，同時對逆變電源輸出電壓波形質量提出了越來越高的要求。逆變電源輸出波形質量主要包括三個方面：一是輸出穩定精度高；二是動態性能好；三是帶負載適應性強。因此開發既具有結構簡單，又具有優良動、靜態性能和負載適應性的逆變電源，一直是研究者在逆變電源方面追求的目標。本文對逆變電源三閉環控制方案、輸出相位控制、逆變電源數字化控制系統進行研究，以期得到具有高品質和高可靠性的逆變電源。 本文研究了單相全橋逆變電源與三相橋式逆變電源主電路參數，包括逆變器、吸收電路、驅動電路、變壓器和濾波器，并對逆變電源變壓器的偏磁產生原因進行了深入分析，最后給出了有效的抗偏磁措施。針對三相橋式逆變電源通常不能保證三相電壓輸出平衡，研究了一種可以帶不平衡負載的三相逆變電源。研究了逆變電源的控制原理，建立了逆變電源系統動態模型，在此基礎上對逆變電源的各種控制方案的性能進行了對比研究，從而確定了一種新穎的高性能逆變電源多閉環控制方案。另外，針對逆變電源輸出相位存在固有滯后問題，采用了一種利用電壓瞬時值內環對逆變電源滯后的相角進行補償控制的策略，分析表明上述控制策略雖然有效，但無法做到輸出相角穩態無差，對此，提出一種移相控制方案設想，相當于在原多環控制方案的基礎上加了一個相位控制環。這樣可以使逆變電源輸出相位誤差得到有效的補償，輸出相位精度更高。文章設計了逆變電源數字控制系統，采用TMS320LF2407A控制產生SPWM波，給出控制系統DSP程序運行流程圖，并用DSP對其進行了實現數字化。多環反饋控制系統的采用，使系統具有優異的穩態特性、動態特性和對非線性負載的適應性，使逆變電源的性能得到有效提高。
上傳時間： 2013-04-24
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逆變器廣泛應用于工業生產的各個方面，數字控制具有方便實現復雜算法、抗干擾性強和產品容易升級等優點，已成為未來逆變器的發展趨勢。使用數字技術控制設計逆變器，控制器的性能決定了逆變系統系統的性能。然而在很多高頻應用的場合，目前常用的控制器的速度往往不能完全達到要求。與傳統單片機和DSP芯片相比，FPGA器件具有更高的處理速度。同時FPGA應用在數字化逆變器設計中，還可以大大簡化控制系統結構，并可實現多種高速算法，具有較高的性價比。在逆變器的全數字化控制領域，FPGA具有很好的應用價值。 論文首先介紹了SPWM基本原理及其控制方式，SPWM的生成方法，并結合本課題給出了查表法生成SPWM波的一般方法，且以單相全橋逆變器為例進行了仿真。分析其的電路特點，建立PWM逆變器的統一電路模型、連續狀態空間以及離散狀態空間模型，在此數學模型基礎上，針對逆變器研究分析了目前用于逆變器設計的各種數字控制技術、控制方案，討論了其控制方法的優缺點，相關控制器設計的一般問題，最后比較了其優缺點，指出其存在的共性問題，總結了使用FPGA設計逆變器數字控制器的優勢。然后以單相電壓型PWM逆變器為控制模型采用新型模數結合現場可編程門陣列FPGA實現數字化控制器的方案，給出了純正正弦波逆變器的設計方案。 論文詳細論述了采用模數混合型FPGA作為主控芯片的高頻逆變器設計方法與實現過程。系統主控芯片采用Fusion系列AFS600，世界上首個模數混合型FPGA。主要設計要點包括：逆變器硬件電路設計以及SPWM數字控制系統軟件設計。外圍強電電路的設計的難點在于用于前端升壓的高頻變壓器的設計以及輸出端LC濾波電感與電容的選取。另外，SPWM“H”字全橋逆變電路中的高懸浮電壓也是設計中需要值得注意的重要環節。在控制系統軟件設計方面，采用FPGA自上而下的設計方法，對其控制系統進行了功能劃分，完成了SPWM產生器以及加入死區補償的PWM發生器、和反饋等模塊的設計。 論文的結束部分給出了設計結果，并指出了進一步的工作的思路和方向。
上傳時間： 2013-05-19
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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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變頻器在各行各業中的各種設備上迅速普及應用，已成為當今節電、改造傳統工業、改善工藝流程、提高生產過程自動化水平、提高產品質量以及推動技術進步的主要手段之一，是國民經濟和生活中普遍需要的新技術。但是現有變頻器的調制算法尚存在一些缺點，如開關損耗大和共模電流大等，因此有必要研究和設計高性能調制算法的變頻控制器。鑒于此，開展了以下工業變頻器高性能調制算法為對象的研究內容： 在闡述了工業變頻器系統的結構、調制算法、調速算法的基礎上，結合數學模型，分析了共模電壓產生的原理、共模電流其影響和危害，給出了共模電壓和共模電流的關系。總結其他的抑制共模電壓的方案基礎上，提出一種新的共模電壓抑制SVPWM；還闡述了死區產生的原因及其影響，以及死區補償的原理并將上述兩個調制算法利用MATLAB/SIMULINK軟件對該系統給予了全面的仿真分析。 變頻器硬件部分設計包括整流濾波電路、逆變器功率電路、上電保護電路、DSP控制系統及其外圍電路、IGBT驅動及保護電路以及反激式開關電源，對于傳感器檢測濾波電路的具體電路參數設計，是在PSPICE上仿真基礎上得出。并在考慮成本、EMC、效率等因素后考慮完成了所有硬件相關的原理圖繪制和PCB繪制； 變頻器軟件部分設計包括主程序、鍵盤掃描程序、系統狀態處理程序、PWM發送中斷程序、電機啟動函數、電壓調整程序、AD采樣中斷程序以及故障保護中斷程序。在實現一般SVPWM的基礎上，根據之前理論和仿真得到的共模電壓抑制SVPWM、以及死區補償算法，將這兩個對SVPWM進行改進的調制算法在硬件平臺上實現。 在硬件電路完成設計的各個階段，逐漸編制相應的控制程序，并進行調試，并完成整個程序的編制和調試。此外，還調試了系統所需的反激式開關電源。整個系統調試中遇到了很多問題，如鍵盤消除抖動問題、共模電壓抑制SVPWM出現的直通現象等。最終完成了工業變頻器樣機，并且采用的是文章中研究的調制算法，效果良好，達到設計的目的； 提出了一種將有源功率因數校正(PFC)技術引用到串級調速中來提高定子側功率因數的新方法。通過建立電動機折算到轉子側的等值電路，重點分析了有源PFC技術代替傳統串級調速系統中的不控整流橋后，系統可以等效為轉子串電阻調速。得到了等效串電阻的計算公式和變化趨勢，對電動機功率因數、電磁轉矩脈動也進行了分析，發現能夠比傳統串級調速時有所提升。鑒于電動機轉子側電勢頻率非常低，分析了有源PFC的具體實現的特殊考慮和參數選取方法，并基于對稱平衡的Scott變壓器和兩個單相有源PFC電路實現了繞線電動機轉子側的三相有源低頻PFC，得到超低紋波的直流輸出電壓。利用MATLAB建立了完整的仿真平臺，所得結果驗證了理論分析的正確性。
上傳時間： 2013-07-09
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隨著用戶對供電質量要求的進一步提高，模塊化UPS 并聯系統獲得了越來越廣泛的應用。本文以模塊化UPS為研究對象，根據電路結構，將其分為直流部分模塊化和交流部分模塊化分別進行討論。整流環節對Boost-PFC 電路進行并聯控制，實現直流部分的模塊化；逆變環節在瞬時電壓PID 控制的基礎上，引入了瞬時均流的并聯控制策略，實現交流部分的模塊化。 介紹了有源功率因數校正技術的基本原理和控制思路，分析了單管雙Boost-PFC電路的工作過程，并將其簡化等效成常規的Boost 電路進行分析和控制。根據控制系統的結構，分別對電流控制環和電壓控制環進行了分析，得出了電感電流主要受電流指令的影響，而輸入輸出電壓差的影響則相對比較小；輸出電壓主要受參考給定指令電壓、緩啟給定指令電壓以及輸出電流等因素的影響。根據電流環和電壓環的解析表達式，給出了并聯控制的方法及原理。 對單相電路、三相電路以及多模塊并聯電路分別進行了仿真驗證，對多模塊的并聯系統進行了實驗驗證。建立了單相逆變器的數學模型，并加入PID 控制器，得到了輸出電壓的解析表達式，得出逆變器輸出電壓與參考給定電壓和輸出電流有關。利用極點配置的方法得到了模擬域PID 控制器參數的計算公式，并采用后向差分法，將其轉換到數字域，得到了數字PID 控制器參數與模擬域參數的換算關系。通過實驗測試和曲線擬合的辦法，得到了實際逆變器的電路參數。通過對所設計的數字PID 控制器進行仿真和實驗，驗證了理論分析和計算。建立了PID 電壓閉環的多逆變器并聯系統數學模型，分析得出并聯系統的輸出電壓主要由系統中各模塊的平均給定電壓決定，同時也受較高次的輸出諧波電流影響，受輸出基波電流影響相對較小；環流主要受模塊的給定電壓與系統平均給定電壓的偏差影響。針對環流產生的原因，提出了一種瞬時均流控制策略來減小系統環流對給定電壓偏差的增益，從而達到瞬時均流的目的。 對兩逆變模塊并聯的系統在各種工況下進行了仿真和實驗，驗證了理論分析的正確性和這種瞬時均流控制策略的可行性。
上傳時間： 2013-04-24
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超聲波電源廣泛應用于超聲波加工、診斷、清洗等領域，其負載超聲波換能器是一種將超音頻的電能轉變為機械振動的器件。由于超聲換能器是一種容性負載，因此換能器與發生器之間需要進行阻抗匹配才能工作在最佳狀態。串聯匹配能夠有效濾除開關型電源輸出方波存在的高次諧波成分，因此應用較為廣泛。但是環境溫度或元件老化等原因會導致換能器的諧振頻率發生漂移，使諧振系統失諧。傳統的解決辦法就是頻率跟蹤，但是頻率跟蹤只能保證系統整體電壓電流同頻同相，由于工作頻率改變了而匹配電感不變，此時換能器內部動態支路工作在非諧振狀態，導致換能器功率損耗和發熱，致使輸出能量大幅度下降甚至停振，在實際應用中受到限制。所以，在跟蹤諧振點調節逆變器開關頻率的同時應改變匹配電感才能使諧振系統工作在最高效能狀態。針對按固定諧振點匹配超聲波換能器電感參數存在的缺點，本文應用耦合振蕩法對換能器的匹配電感和耦合頻率之間的關系建立數學模型，證實了匹配電感隨諧振頻率變化的規律。給出利用這一模型與耦合工作頻率之間的關系動態選擇換能器匹配電感的方法。經過分析比較，選擇了基于磁通控制原理的可控電抗器作為匹配電感，通過改變電抗控制度調節電抗值。并給出了實現這一方案的電路原理和控制方法。最后本文以DSP TMS320F2812為核心設計出實現這一原理的超聲波逆變電源。實驗結果表明基于磁通控制的可控電抗器可以實現電抗值隨電抗控制度線性無級可調，由于該電抗器輸出正弦波，理論上沒有諧波污染。具體采用復合控制策略，穩態時，換能器工作在DPLL鎖定頻率上；動態時，逐步修改匹配電抗大小，搜索輸出電流的最大值，再結合DPLL鎖定該頻率。配合PS-PWM可實現功率連續可調。該超聲波換能系統能夠有效的跟隨最大電流輸出頻率，即使頻率發生漂移系統仍能保持工作在最佳狀態，具有實際應用價值。
上傳時間： 2013-04-24
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