船舶自動操舵儀又稱自動舵，用來保持船舶在給定航向或航跡上航行，是船舶操縱的關鍵設備。船舶自動舵尚沒有專用的故障診斷系統(tǒng)，當前的維修方法不能滿足快速保障和應急保障的需要。本文結合某型自動舵微機通道故障診斷科研項目，重點論述某型自動舵數(shù)字控制系統(tǒng)的故障診斷設計與實現(xiàn)，研究了基于模糊推理的船舶自動舵故障診斷專家系統(tǒng)和基于支持向量機的船舶自動舵模擬電路故障診斷方法。 對某型自動舵充分調(diào)研，在了解系統(tǒng)軟、硬件的總體技術要求和指標的基礎上，建立檢測對象的數(shù)學模型和物理模型。確定故障檢測的對象特點，為系統(tǒng)故障仿真、參數(shù)辨識做好準備，并為后續(xù)的故障檢測、診斷方法研究提供了參考。 結合某型自動舵數(shù)字控制系統(tǒng)實際情況，確定其故障診斷系統(tǒng)采用分層遞階結構。系統(tǒng)底層為基于嵌入式微處理器的信號檢測單元，負責獲取微機通道的總線控制權以及信號預處理；系統(tǒng)中間層為通訊子系統(tǒng)，負責對底層多個檢測單元信息集中傳送；系統(tǒng)頂層為故障診斷和顯示子系統(tǒng)，負責對微機通道的信息進行綜合評價，得出最終診斷結論。 船舶自動舵系統(tǒng)結構繁雜，很多故障很難用精確的公式將它表示出來，提出了基于模糊推理的船舶自動舵故障診斷專家系統(tǒng)，提高了自動舵故障診斷準確性。該系統(tǒng)將模糊數(shù)學、模糊診斷原理及專家經(jīng)驗相結合，采用模糊產(chǎn)生式知識表示法，確定模糊關系矩陣及語義距離，設計相關硬件平臺，實現(xiàn)了船舶自動舵故障診斷模糊專家系統(tǒng)的各個功能模塊。 為解決船舶自動舵模擬電路故障診斷復雜多樣難于辨識的問題，提出了基于支持向量機的故障診斷方法。該方法通過電路仿真分析，給出了各故障模式下電壓頻率響應，提取具有代表性的故障特征，建立了以支持向量機為基礎的模擬電路故障診斷模型。實驗結果證明，該方法可有效診斷模擬電路中的元件故障，且對于元件容差引起的故障診斷模型的不確定性具有較強的魯棒性，滿足非線性電路的故障診斷要求。
標簽： 自動 故障診斷 系統(tǒng)設計
上傳時間： 2013-04-24
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有源電力濾波器（Active Power Filter，簡稱 APF）是近年來治理電力系統(tǒng)諧波污染的非常有效的裝置。眾所周知，電力電子裝置和非線性負載的廣泛使用，使諧波電流和無功電流大量注入電網(wǎng)，嚴重威脅電網(wǎng)和電氣設備的安全運行與正常使用，并且產(chǎn)生大量的能源浪費。隨著我國“十一五”規(guī)劃中關于建設節(jié)約型社會的戰(zhàn)略方針的提出，應用APF進行諧波和無功治理的研究工作將會有很廣闊的應用前景。 本文闡述了有源電力濾波器的基本原理，介紹了當前主要的幾種APF的分類以及電路拓撲結構，分別對三相三線和三相四線制APF的結構進行分析，建立了兩種數(shù)學模型，指出三相三線制APF在實際供電系統(tǒng)中應用的局限性。本文介紹了三種當前廣泛采用的電流控制方法和一種比較先進的空間矢量控制方法。對于APF系統(tǒng)的核心--諧波檢測，本文介紹了三種諧波檢測理論，著重對本文設計的APF所采用的瞬時無功功率理論進行詳細的理論分析，在MATLAB軟件中建立一個三相四線制基于瞬時無功功率理論的APF系統(tǒng)仿真模型，驗證瞬時無功功率理論的可行性。 在進行大量理論分析和驗證的基礎上，設計一臺采用單片機和DSP雙CPU的有源電力濾波器。硬件上設計單片機的時鐘電路、仿真器接口電路；設計DSP的時鐘電路，外接存儲器擴展電路；設計APF系統(tǒng)的電壓周期檢測電路，電流絕對值轉換電路等等。軟件上編寫單片機的主程序和中斷程序、DSP的主程序和啟動搬運程序，調(diào)試并給電進行實際測試和實驗分析。
上傳時間： 2013-04-24
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靜電除塵器是環(huán)保行業(yè)的重要設備，在工業(yè)粉塵的回收處理方面有著非常重要的應用。課題的主要內(nèi)容是研制用于靜電除塵的高頻大功率高壓直流電源，滿足國內(nèi)市場的需要。本文從實際應用的角度出發(fā)，對該高壓直流電源進行研究并給出了主要研制過程。 第一章首先介紹了靜電除塵器的工作原理和除塵器的電特性，然后介紹了幾種當前工業(yè)界常用的除塵電源的供電方式，并指出了靜電除塵電源的發(fā)展方向是高頻逆變化。在分析了高頻化靜電除塵電源在國內(nèi)外的研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢后，結合課題的要求，提出了本文需要解決的問題。 第二章首先對逆變電路的功率變換技術進行了分析。接著分析了除塵電源采用PWM硬開關方式的電路特性，并利用PSpice軟件進行了仿真分析，估算出了采用這種方式開關管的損耗。然后重點分析了采用串聯(lián)負載串聯(lián)諧振和LCC串并聯(lián)負載串聯(lián)諧振這兩種諧振軟開關工作方式時的電路特性，推導了電路所滿足的條件。在利用PSpice軟件仿真分析的基礎上估算出了開關管的損耗。最后通過電路損耗和可行性的比較，選擇LCC串并聯(lián)負載串聯(lián)諧振電流斷續(xù)的軟開關工作方式應用于大功率高頻高壓電源。 第三章首先確定了三相晶閘管可控整流，電壓型全橋IGBT逆變，高頻變壓器升壓和高壓硅堆全橋整流的主電路拓撲結構。然后給出了高壓直流電源的整流電路、逆變電路、主功率回路以及高頻升壓變壓器的設計過程。整流電路的設計包括晶閘管的選取以及交流電抗器和直流母線濾波電容的設計；逆變電路選用IGBT并聯(lián)來實現(xiàn)開關管，并詳細分析了IGBT驅動器的選擇以及在并聯(lián)形式下的應用；主功率回路的設計主要是包括迭層母線板的設計。 第四章首先簡單介紹了高壓直流電源在靜電除塵應用中的控制策略。然后詳細分析了各部分保護電路的工作原理。 第五章給出了樣機的實驗結果和重要波形，驗證了設計的可行性。
上傳時間： 2013-04-24
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交錯并聯(lián)反激變換器具有電路結構簡單，控制方便等優(yōu)點，并且可以實現(xiàn)電氣隔離。但是其升壓比不高，變換器中主開關管電壓應力較大，且工作中開關管處于硬開關狀態(tài)，限制了變換器的效率。 針對交錯并聯(lián)反激變換器所存在的問題，本文提出了一種新穎的基于耦合電感第三繞組實現(xiàn)的原邊并聯(lián)、副邊并聯(lián)隔離型軟開關Boost變換器。該變換器繼承了交錯并聯(lián)反激變換器的優(yōu)點，兩個并聯(lián)單元互補工作，分擔功率損耗，輸出電壓的脈動頻率為主開關管的兩倍。不同的是，該變換器具有較高的升壓比，變換器中主開關管的電壓應力較小，克服了交錯并聯(lián)反激變換器的問題。在軟開關方面，變換器使用有源箝位軟開關電路，使主開關管與箝位開關管都實現(xiàn)了零電壓軟開關動作，提高了變換器的效率與使用壽命。因此，它與交錯并聯(lián)反激變換器相比，更適合于低電壓輸入、高電壓輸出的應用變換場合。 在該變換器的基礎上，針對變換器中輸出二極管電壓電流振蕩較大，本文還提出了經(jīng)過改進的引入輸出箝位電容的變換器。輸出箝位電容抑制了二極管兩端電壓的振蕩，減小了二極管的電壓應力，提高了變換器的效率。 最后，本文通過仿真與實驗驗證了基于耦合電感第三繞組實現(xiàn)的原邊并聯(lián)、副邊并聯(lián)隔離型軟開關Boost變換器及其改進型變換器方案的可行性與合理性。
上傳時間： 2013-05-20
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隨著電力電子技術的發(fā)展，交流電源系統(tǒng)的電能質(zhì)量問題受到越來越多的關注。傳統(tǒng)的整流環(huán)節(jié)廣泛采用二極管不控整流和晶閘管相控整流電路，向電網(wǎng)注入了大量的諧波及無功，造成了嚴重的污染。提高電網(wǎng)側功率因數(shù)以及降低輸入電流諧波成為一個研究熱點。功率因數(shù)校正技術是減小用電設備對電網(wǎng)造成的諧波污染，提高功率因數(shù)的一項有力措施。本文所做的主要工作包括以下幾部分： 1.分析了單位功率因數(shù)三相橋式整流的工作原理，這種整流拓撲從工作原理上可以分成兩部分：功率因數(shù)補償網(wǎng)絡和常規(guī)整流網(wǎng)絡。在此基礎上，為整流電路建立了精確的數(shù)學模型。 2.這種單位功率因數(shù)三相橋式整流的輸入電感是在額定負載下計算出的，當負載發(fā)生變化時，其功率因數(shù)會降低。針對這種情況，提出了一種新的控制方法。常規(guī)整流網(wǎng)絡向電網(wǎng)注入的諧波可以由功率因數(shù)補償網(wǎng)絡進行補償，所以輸入功率因數(shù)相應提高。負載消耗的有功由電網(wǎng)提供，補償網(wǎng)絡既不消耗有功也不提供任何有功。根據(jù)功率平衡理論，可以確定參考補償電流。雙向開關的導通和關斷由滯環(huán)電流控制確定。在這一方法的控制下，雙向開關工作在高頻下，因此輸入電感值相應降低。仿真和實驗結果都表明：新的控制方法下，負載變化時，輸入電流仍接近于正弦，功率因數(shù)接近1。 3.根據(jù)IEEE-519標準對諧波電流畸變率的要求，為單位功率因數(shù)三相橋式整流提出了另一種控制方法。該方法綜合考慮單次諧波電流畸變率、總諧波畸變率、功率因數(shù)、有功消耗等性能指標，并進行優(yōu)化，推導出最優(yōu)電流補償增益和相移。將三相負載電流通過具有最優(yōu)電流補償增益和相移的電流補償濾波器，得到補償后期望的電網(wǎng)電流，驅動雙向開關導通和關斷。仿真和實驗都收到了滿意的效果，使這一整流橋可以工作在較寬的負載范圍內(nèi)。 4.單位功率因數(shù)三相橋式整流中直流側電容電壓隨負載的波動而波動，為提高其動、靜態(tài)性能，將簡單自適應控制應用到了直流側電容電壓的控制中，并提出利用改進的二次型性能指標修改自適應參數(shù)的方法，可以在實現(xiàn)對參考模型跟蹤的同時又不使控制增量過大，與常規(guī)的PI型簡單自適應控制相比在適應律的計算中引入了控制量的增量和狀態(tài)誤差在k及k+1時刻的采樣值。利用該方法為直流側電壓設計了控制器，并進行了仿真與實驗研究，結果表明與PI型適應律相比，新的控制器能提高系統(tǒng)的動態(tài)響應性能，負載變化時系統(tǒng)的魯棒性更強。
上傳時間： 2013-06-15
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開關損耗及其帶來的散熱問題限制了變流器開關頻率的提高，從而限制了變流器的小型化和輕量化。軟開關技術能夠有效的降低開關損耗，提高變流器的效率和開關頻率，被廣泛的應用在各種大功率開關電源場合。 本文首先對軟開關技術進行了一個概述，介紹了軟開關技術的工作原理及發(fā)展歷史，特別提到了最新的控制型軟開關技術。在第二章中，針對課題，著重講述了全橋電路。作為對比，首先分析了全橋硬開關電路的工作原理和開關損耗。然后，分析了全橋軟開關兩種常見的實現(xiàn)方法：ZVS和ZVZCS，并針對幾種常見拓撲，詳細對比了它們的工作原理，軟開關實現(xiàn)方法，軟開關實現(xiàn)效果，軟開關實現(xiàn)范圍和總體效率，指出了它們的優(yōu)缺點和各自適合的應用領域。在第三章中，首先介紹了全橋軟開關的兩種控制策略：移相全橋和有限雙極性，從實現(xiàn)方法和對軟開關效果的影響兩個方面，做出比較。然后介紹了開關電源常見的三種控制方式：電壓模式控制、峰值電流模式和平均電流模式控制，其中詳細介紹了平均電流模式控制，給出了設計思想和步驟。最后，給出了全橋軟開關電路的小信號模型，分析了軟開關技術的引入對傳統(tǒng)PWM硬開關全橋電路小信號模型的影響。第四章給出了5kW電力操作電源的具體設計步驟，如方案選擇，磁設計、控制環(huán)路設計、副邊整流電壓尖峰吸收等關鍵步驟。第五章分析了實驗波形和實驗數(shù)據(jù)，驗證了上述理論和設計的正確性。
上傳時間： 2013-05-22
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由于下一代微處理器的工作電壓越來越低，所需電流越來越大，現(xiàn)有的5V、12V輸入的電壓調(diào)節(jié)模塊（VRM）已經(jīng)不能滿足它的要求了，因此把VRM的輸入母線電壓提高到48V是必然的趨勢。這樣做能夠減小輸入電流從而使得母線損耗減小，有利于效率提高，同時可以大大減小輸入濾波器體積。 本課題首先分析了VRM的發(fā)展現(xiàn)狀和常用拓撲，以及未來的發(fā)展趨勢，并在此基礎上介紹了級聯(lián)式流饋推挽DC/DC變換器的概念。接著，具體分析了Buck與推挽級聯(lián)式流饋DC/DC變換器、雙通道交錯并聯(lián)型Buck與推挽級聯(lián)式流饋DC/DC變換器的原理和工作過程。再接著，分別介紹了Buck與推挽級聯(lián)式流饋DC/DC變換器、雙通道交錯并聯(lián)型Buck與推挽級聯(lián)式流饋DC/DC變換器及其控制同路的建模和設計方法，并給出設計實例。最后，分別用這兩種拓撲結構制作了兩臺48V輸入、3．3V/10A輸出的樣機，并對兩者進行了一定的實驗比較研究，以驗證設計的有效性。
上傳時間： 2013-07-29
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混合動力汽車采用內(nèi)燃機和電機作為動力源，成為解決排污和能源問題最具現(xiàn)實意義的途徑之一，集成一體化起動/發(fā)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(fā)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(tǒng)和動力總成控制系統(tǒng)等方面的研究。 本文系統(tǒng)地分析了串聯(lián)式、并聯(lián)式以及混聯(lián)式混和動力汽車動力總成構型的優(yōu)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(fā)動機、電機、電池等部件，接著根據(jù)性能指標，確定了發(fā)動機、電機、電池等部件參數(shù)匹配。 動力總成控制系統(tǒng)作為HEV控制系統(tǒng)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(fā)動機燃油消耗和排放達到最優(yōu)。動力總成控制系統(tǒng)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(tǒng)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(tǒng)的硬件系統(tǒng)。在充分利用DSP內(nèi)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(tǒng)的控制性能，在MATIAB/Simulink環(huán)境下，以hdvisor為仿真平臺，依據(jù)系統(tǒng)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(shù)，設置仿真性能，汽車動力性、經(jīng)濟性以及一些重要性能曲線的仿真結果。與同樣參數(shù)設置的傳統(tǒng)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。
標簽： 混合動力 汽車驅動 控制系統(tǒng)
上傳時間： 2013-07-08
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本文致力于可并聯(lián)運行的斬控式單相交流斬波變換器的研究。交交變換技術作為電力電子技術一個重要的領域一直得到人們的關注，但大都將目光投向AC-DC-AC兩級變換上面。AC/AC直接變換具有單級變換、功率密度高、拓撲緊湊簡單、并聯(lián)容易等優(yōu)勢，并且具有較強擴展性，故而在工業(yè)加熱、調(diào)光電源、異步電機啟動、調(diào)速等領域具有重要應用。斬控式AC/AC 電壓變換是一種基于自關斷半導體開關器件及脈寬調(diào)制控制方式的新型交流調(diào)壓技術。 本文對全數(shù)字化的斬控式AC/AC 變換做了系統(tǒng)研究，工作內(nèi)容主要有：對交流斬波電路的拓撲及其PWM方式做了詳細的推導，著重對不同拓撲的死區(qū)效應進行了分析，并且推導了不同負載情況對電壓控制的影響。重點推導了單相Buck型變換器和Buck-Boost 變換器的拓撲模型，并將單相系統(tǒng)的拓撲開關模式推導到三相的情況，然后分別對單相、三相的情況進行了Matlab仿真。建立了單相Buck 型拓撲的開關周期平均意義下的大信號模型和小信號模型，指導控制器的設計。建立了適合電路工作的基于占空比前饋的電壓瞬時值環(huán)、電壓平均值環(huán)控制策略。在理論分析和仿真驗證的基礎上，建立了一臺基于TMS320F2808數(shù)字信號處理器的實驗樣機，完成樣機調(diào)試，并完成各項性能指標的測試工作。
上傳時間： 2013-04-24
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隨著國內(nèi)交流伺服電機等硬件技術逐步成熟，高運算能力的控制芯片與電機控制技術相結合，具有高效、節(jié)能和可移植性好等特點，這樣使得交流伺服系統(tǒng)成為現(xiàn)代電機伺服驅動系統(tǒng)的一個發(fā)展趨勢。 本文主要是基于MCU研究和設計了交流永磁電機位置伺服控制系統(tǒng)。針對三相永磁同步電機的物理方程，通過坐標轉換，在d-q旋轉坐標系下建立轉矩方程，采用Id=0的矢量控制策略，建立一套完整的全數(shù)字交流位置伺服控制系統(tǒng)。 硬件方面，采用的是瑞薩公司專用電機控制Tiny系列芯片M30262F8作為控制芯片，并由三菱公司的第三代IPM模塊PS21564實現(xiàn)功率驅動，簡化了系統(tǒng)電路，縮小了系統(tǒng)的體積，提高了系統(tǒng)的可靠性。由交流電流傳感器檢測三相定子繞組電流；由增量式磁性編碼器檢測永磁轉子位置，并設計一種比較快速的轉子初始檢測方法。 軟件方面，采用結構化語言C和單片機M16C匯編語言混編，實現(xiàn)了單片機初始化、三環(huán)控制、電流跟隨型PWM控制，提高編寫代碼的效率，同時保證系統(tǒng)的實時控制性能；由軟件方式實現(xiàn)經(jīng)典PID控制和簡單模糊控制相結合構成“串聯(lián)校正”閉環(huán)控制系統(tǒng)，提高了系統(tǒng)的快速性和抗干擾能力。此外，本文對控制策略進行了研究，闡述了模糊PID控制策略；還介紹了SPWM、SVPWM和跟隨型PWM調(diào)制。 實驗結果表明，本文所設計的伺服控制系統(tǒng)能實現(xiàn)電機的啟動，調(diào)速和定位等，并能達到系統(tǒng)的性能指標。
標簽： 位置伺服 控制系統(tǒng)
上傳時間： 2013-05-19
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