微機電系統（MEMS）器件的構成涉及微電子、微機械、微動力、微熱力、微流體學、材料、物理、化學、生物等多個領域，形成了多能量域并交叉耦合。為其產品的建模、仿真以及優化設計帶來了較大的難度。由于靜電驅動的原理簡單使其成為MEMS器件中機械動作的主要來源。而梳齒結構在MEMS器件中有廣泛的應用：微諧振器、微機械加速度計、微機械陀螺儀、微鏡、微鑷、微泵等。所以做為MEMS的重要驅動方式和結構形式，靜電驅動梳齒結構MEMS器件的耦合場仿真分析以及優化設計對MEMS的開發具有很重要的意義。本課題的研究對靜電驅動梳齒結構MEMS器件的設計具有較大的理論研究意義。 本文的研究工作主要包括以下幾個方面： 1、采用降階宏建模技術快速求解靜電梳齒驅動器靜電－結構耦合問題，降階建模被用于表示微諧振器的靜態動態特性。論文采用降階建模方法詳細分析了靜電梳齒驅動器的各參數對所產生靜電力以及驅動位移的關系；并對靜電梳齒驅動器梳齒電容結構的靜電場進行分析和模擬，深入討論了邊緣效應的影響；還對微諧振器動態特性的各個模態進行仿真分析，并計算分析了前六階模態的頻率和諧振幅值。仿真結果表明降階建模方法能夠快速、準確地實現多耦合域的求解。 2、從系統角度出發考慮了各個子系統對叉指式微機械陀螺儀特性的影響，系統詳細地分析了與叉指狀微機械陀螺儀性能指標－靈敏度密切相關的結構特性、電子電路、加工工藝和空氣阻尼，并在此分析的基礎上建立了陀螺的統一多學科優化模型并對其進行多學科優化設計。將遺傳算法和差分進化算法的全局尋優與陀螺儀系統級優化相結合，證實了遺傳算法和差分進化算法在MEMS系統級優化中的可行性，并比較遺傳算法和差分進化算法的優化結果，差分進化算法的優化結果較大地改善了器件的性能。 3、從系統角度出發考慮了各個子系統對梳齒式微加速度計特性的影響，在對梳齒式微加速度計各個學科的設計要素進行分析的基礎上，對各個子系統分別建立相對獨立的優化模型，采用差分進化算法和多目標遺傳算法對其進行優化設計。證實了差分進化算法和多目標遺傳算法對多個子系統耦合的系統級優化的可行性，并比較了將多目標轉換為單目標進行優化和采用多目標進行優化的區別和結果，優化結果使器件的性能得到了改善。
上傳時間： 2013-05-15
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由于能源危機和環境污染，世界各國均在投巨資發展電動汽車。燃料電池電動汽車成為電動汽車發展的“熱點”。大功率DC/DC變換器能夠改善燃料電池的輸出特性，是燃料電池轎車動力系統中關鍵的零部件。然而它作為一種BUCK形式的開關電源，主電路是很強的電磁干擾源，產生的干擾可能通過電源線進入到控制電路板，同時控制電路部分也要用小功率的開關電源進行穩壓，因此也可能產生開關噪聲經電源線向外傳輸。因此就必須在控制電路輸入端設計電磁干擾(Electromagnetic Interference，EMI)濾波器進行傳導干擾的抑制。 本論文首先討論了DC/DC變換器的工作原理，分析了變換器產生傳導干擾從而影響控制電路正常工作的原因。 其次全面、系統地闡述了EMI濾波器的相關理論，包括阻抗失配原則、人工電源網絡、濾波網絡、插入損耗等重要概念。接著研究了濾波元件的選取原則，并針對關鍵點之一—高頻性能展開了分析，借助仿真觀察了元件寄生參數的影響，提出了改善濾波器高頻性能的部分方法。 隨后介紹了濾波器的設計方法，除了介紹通用的設計方法外，著重分析了濾波器設計中的另一個關鍵點—噪聲源阻抗的影響、測量及估算，并在此基礎上系統地形成了基于源阻抗的設計方法，同時也考慮了濾波器與開關電源連接時可能出現的系統不穩定性問題，通過仿真分析提出解決方案。 然后闡述了EMI濾波器在工程應用中的各種注意事項。 最后結合DC/DC變換器控制電路的實際干擾情況，設計了EMI濾波器，使控制電路電源輸入端的傳導干擾基本下降到相關電磁兼容標準(CISPR25)的三級限值以下。
上傳時間： 2013-06-15
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在傳統的直線驅動場合，都是由旋轉電機提供原動力，再由絲杠、絲桿、齒條等中間機構轉換為直線運動。這樣的設置，不僅在中間傳動過程中消耗了大量的能量，而且摩擦產生的噪聲也非常明顯，同時也給系統的維護工作帶來了麻煩。 直線電機的出現可以使上述問題得到解決，由于具備直接將電能轉化為直線運動的能力，直線電機已經在機床驅動、集成電路組裝等場合逐漸取代了傳統的旋轉電機的位置。 自19世紀中期直線電機的概念被首次提出以來，經過孕育、實驗、開發和實用這四個階段的發展，并借助于電力電子技術，以及日漸成熟的直線電機控制技術，直線電機已經廣泛應用到了制造業、交通運輸業等各個方面。 與旋轉電機類似，按工作原理的不同，直線電機也有著各種類型，應用較多的是直線步進電機、直線同步電機和直線感應電機。其中直線步進電機更多的是應用在需要精確定位的場合，比如半導體工業；后兩者則被應用在需要連續和大推力的場合，比如機床。而直線同步電機，尤其是永磁直線同步電機，憑借更大的單位面積推力、更高的效率等優點受到了更多的青睞，與此同時，由于沒有了勵磁繞組，電機的整個結構也得以簡化。另一方面，我國豐富的稀土資源也為這種電機的發展提供了廣泛空間。 作為一種較為新穎的電機，目前國內仍缺乏系統化的永磁直線同步電機設計方案，尤其是電樞繞組部分。常用的方法仍是基于傳統的旋轉電機，例如使用雙層疊繞組方案。通過對實際電機的軟件模擬，我們發現這樣的設計思路的表現并不能令人滿意，比如造成了動子線圈槽滿率過大，電機設計難以形成系列化等缺點，而電機本身輸出推力的波動也較大。 針對傳統方案的一系列缺點，本文提出了一種新的永磁直線同步電機設計方案。該方案基于“單元電機”的概念，使用單層同心式線圈。當目標推力要求變化時，只需改變“單元電機”的數目和排列組合的方式，就可以達到改變的目的。而每個單元中的繞組連接方式則不需要改變，由此避免了繁瑣而復雜的繞組設計，這就給電機的系列化設計帶來了便捷。同時，單層繞組的使用也更方便嵌線，也更有利于降低銅耗，提高效率。 在完成單元電機設計任務的基礎上，本文利用加拿大Infolytica公司出品的電磁場有限元分析軟件MagNet對電機的運行進行了模擬，并得到了電機的額定輸出推力曲線和反電動勢曲線，輸出推力曲線較之傳統方案也更平穩。體現了該設計方案的優越性。
上傳時間： 2013-06-29
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低壓電器電弧運動過程三維成像理論及運動機理研究在國內外取得了一定的進展，但作為一種新型電弧研究方法，特別是對電弧運動可視化方面的研究尚處于起步階段，其技術涉及到電器學、數值計算、圖像處理、計算機科學等眾多學科領域，加之電弧復雜的非線性特性及其瞬時特性，導致測量研究的困難，在電弧機理、性能分析和模型設計等方面都還不夠成熟、完善。所以，在電弧模型理論研究、電器電磁機構的三維有限元分析、電器的計算機輔助設計、電弧動態特性研究等方面，存在大量的工作要做。對這些問題的深入研究，可以更好地認識電器觸頭在整個運動過程中極其復雜的電、熱、磁、機械等一系列現象。 為了從不同角度觀察分析電弧在滅弧室中的動態運動過程，本文在研究開關電器電弧圖像增強及運動過程三維可視化的基礎上，分析電弧形成機理、電弧特性和運動形態的基本理論，進一步考慮其模型特性和電弧等離子體磁壓縮效應，建立其運動數學模型。電弧圖像需要的處理主要有：圖像數字化、圖像平滑、圖像分割、圖像邊緣檢測、圖像增強。本文提出一種基于小波變換的圖像增強和直方圖的圖像增強算法，在保留電弧弧柱強特征的同時，突出顯示電器動觸頭圖像特征使增強后的電弧圖像適合人類的視覺特征，為電弧動態過程分析和電弧可視化模型的構建提供有效的分析基礎，并取得良好的電弧圖像增強效果。本文構造了基于比色測溫原理的電弧輻射拾取、圖像采集、同步控制、數據處理等硬件裝置，對試驗采集裝置進行了標定；將醫學上成功應用的計算機層析成像理論，應用于對電弧進行三維溫度場重建的研究，構造可單面陣CCD采集三組六路投影輻射強度的實驗裝置，通過對觸頭邊緣檢測的手段精確定位于不同光路中電弧的位置，對輻射拾取光路進行校準，編制了系統軟件，實現電弧三維溫度場的重建。研究數學模擬計算方法，提出了適合低壓電器電弧數學模型計算的方法。用計算機求解獲得以前依靠實驗才能獲得的開斷波形及運動過程，將理論分析、試驗研究和計算機仿真有機結合起來，使產品設計更加科學和準確，可以大大減少設計周期，減少試驗的盲目性和費用，有利于提高電器產品的技術性能，對于新產品開發，優化滅弧室設計及模擬實驗，具有十分重要的意義。
上傳時間： 2013-04-24
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我國電網無功補償容量不足和配備不合理，特別是可調節的無功容量不足，快速響應的無功調節設備更少。沖擊性負荷更會使得電網無功功率不平衡，將導致系統電壓的巨大波動、善變，嚴重時會導致用電設備的損壞，出現系統電壓崩潰和穩定性被破壞事故。 FC+TCR型靜止無功補償裝置響應速度快，可以動態補償無功功率，提高系統功率因數，抑制系統電壓波動和閃變，因此在電氣化鐵路、電弧爐、軋機等的負荷無功補償上得到廣泛應用。中小用戶由于成本高較少使用，但中小用戶無功補償容量及市場巨大，研制適合中小用戶的FC+TCR型靜止無功補償裝置很有必要。基于此目的，本文研制一臺10kV FC+TCR型靜止無功補償裝置，并以此為研究對象進行設計理論研究工作。 本文根據負荷無功功率的變化情況，計算了靜止無功補償裝置的主電路參數，設計配備了高電位取能觸發板和BOD過電壓保護板。選擇以TMS320F2812為核心的嵌入式控制板為主要部件，設計信號接入電路和晶閘管觸發脈沖形成電路，構成最基本的靜止無功補償控制器。 基于瞬時無功補償理論和不平衡負荷的平衡化原理（Steinmetz原理），建立補償電納計算模型，通過電壓電流瞬時值采樣計算需要補償的瞬時無功功率和電納，根據補償電納通過查表方法求得晶閘管的控制角，并將其應用到靜止無功補償裝置樣機中。仿真結果表明，算法是快速有效和準確的，主電路的參數是合理的，具有實際工程應用價值。
上傳時間： 2013-08-02
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漏電是井下供電系統的主要故障形式，約占其總故障的70％左右，它不但導致人身觸電事故，還會形成單相接地，進而發展成為相間短路，由此引發的電弧會造成瓦斯和煤塵爆炸。漏電保護器主要用來防止漏電火災造成的經濟損失和人身傷亡，因此得到廣泛應用。 選擇性漏電保護是指當電網發生漏電故障時，能夠有選擇地發出故障信號或切斷故障支路電源，而非故障部分繼續工作。從而減小故障停電范圍，便于尋找漏電故障，縮短漏電停電時間，提高了供電的可靠性。 目前的礦井電網的選擇性漏電保護系統主要采用零序電流大小及零序電流方向保護原理，這種原理在某一線路遠遠長于其他線路(即其分布電容與系統總的分布電容相差不大時)的情況下較難滿足選擇性的要求，保護裝置可能發生拒動現象，不能很好的完成保護的目的。 本文在對井下電網漏電故障理論分析和仿真驗證的基礎上，提出了以dsPIC30F4012為核心，基于附加直流電源檢測和零序功率方向的選擇性漏電保護方案，介紹了基于這種選擇性漏電保護方案的電網選擇性漏電保護裝置。該裝置在總饋電開關處的漏電保護裝置使用附加直流電源原理，在分支饋電開關處的漏電保護裝置使用零序功率方向式保護原理，并且采用速度更快的PROFIBUS協議現場總線及光纖傳輸技術，使該選擇性漏電保護裝置的動作性能和抗干擾能力得到很大提升。
上傳時間： 2013-06-13
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集成了傳感器、嵌入式計算、網絡和無線通信四大技術而形成的ZigBee技術是一種全新的信息獲取和處理技術，能夠協作實時監測、感知和采集各種環境或監測對象的信息，并對信息進行處理，傳送到需要的用戶。ZigBee技術作為一個全新的領域，對國內外的研究者提出了大量的挑戰性課題。時鐘同步是所有分布式系統的重要組成部分，也是ZigBee技術的一項重要支撐技術，大多數ZigBee技術應用比如環境監測系統，導航系統等都需要所搜集的傳感數據具有準確時間信息，否則采集的信息就是不完整的。 本論文介紹了國內外在ZigBee技術的發展與現狀，對IEEE802.15.4/ZigBee的協議棧做了分析，對現存的幾種主要的時鐘同步算法做了研究。本太陽能航標燈同步閃課題中，為了便于太陽能給航標燈供電，需要通過休眠機制來降低功耗；為了保證ZigBee網絡中各設備協同工作，時鐘同步顯得更為重要，它為本系統中的每個航標燈提供正確的時鐘信息，不但提高系統的傳輸質量和效率，而且讓航標燈的同步閃光，在航道中起到很好的助航作用。接著，給出了系統的具體實現過程，包括各硬件模塊的設計原理、電路原理圖及主要模塊的詳細實現過程。最后，指出本文的不足及需要改進的地方。其中本文重點包括以下三個方面： 1.針對網絡拓撲結構、協議體系結構以及干擾抑制技術進行深入分析，并與其它無線通信技術進行比較及對其相互干擾進行研究。 2.對ZigBee節點時鐘同步算法工作原理做了詳細的研究，總結了這些算法的優缺點，并在對比現有的幾種時鐘同步算法的基礎上對泛洪時間同步協議多跳時鐘同步算法的改進。 3.設計了太陽能航標燈同步閃光系統，給出了硬件原理圖及軟件流程，并且在制PCB板中電磁兼容問題的解決進行了詳細描述。 結果表明，該系統穩定、可靠、高效，具有很高的實用價值。
上傳時間： 2013-04-24
上傳用戶：海陸空653
本文設計的變頻調速恒壓供水系統由上位機、PLC、變頻器、壓力變送器等組成。本系統包含三臺水泵電動機，采用通用變頻器來實現對三相水泵電動機組的軟啟動和變頻調速，運行切換采用“先開先停”的原則。壓力變送器檢測當前水壓信號，送入PLC與設定值經PID比較運算，從而控制變頻器的輸出電壓和頻率，進而改變水泵電動機組的轉速來改變供水量，最終保持管網壓力恒定在設定值附近。把模糊控制算法引入到控制系統中，從而改善了系統的靜動態特性。 模糊控制是一種不依賴于被控過程數學模型的仿人思維的控制技術。它可以利用領域專家的操作經驗或知識建立被控系統的模糊規則，有較好的知識表達能力。但傳統的模糊控制同PID算法一樣，均為“事后調節”，因而對大遲延對象的控制效果不是很理想。預測控制的核心是不僅注意過去及現在的目標值，而且注意將來的目標值，使受控量和目標值的偏差盡可能地小，從而提高系統的控制性能。預測控制和模糊控制是各自獨立發展起來的兩類控制方法，在二者充分發展的基礎上，提出將預測的思想和模糊的思想結合起來，形成一種新的控制方法——模糊預測控制FPC。 本文將FPC技術應用于供水系統，設計出自調整修正因子模糊PID控制器，克服了傳統PID控制設計中的參數調整困難的問題。模糊PID控制是在大誤差范圍內采用模糊控制，以提高動態響應速度；在小誤差范圍內采用PID控制，引入積分控制作用以消除靜態誤差，提高控制精度。本設計通過變頻調速實現恒水壓控制，并針對系統的時滯特點采用Smith預估控制器進行補償。利用Matlab對其模型進行仿真，仿真結果與傳統控制算法相比較，該算法具有魯棒性好，實現簡單，易于在線調整等優點，系統響應曲線沒有超調，系統的建立時間比較短，抗干擾能力強。 通過對上位機和PLC之間通信的分析和研究，完成了上、下位機的通信設置，給出了上位機監控程序編寫方法，通過通信模塊實現了對供水系統的遠程監控及故障報警。 所開發的系統將FPC與PLC相結合，克服了傳統的調節器的缺點，充分發揮了PLC控制靈活、編程方便、適應性強的優點，提高了控制的精確度。實驗結果表明，該系統能對異步電動機轉速實現精確控制，實用性強，具有一定的推廣價值。
上傳時間： 2013-05-19
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永磁同步電機是同步電機的一個重要類型，其轉子一般采用稀土永磁材料做激磁磁極，與傳統同步電機相比，體積和重量大為減小，而且結構簡單，運行可靠，維護更方便。現代電氣傳動控制的發展趨勢之一是開發新的交流調速與伺服系統。無論在矢量控制還是標量控制中，轉速與位置的閉環控制都需要在電機軸上安裝一個速度傳感器，但是由于速度傳感器的引進不僅增加了成本，降低了系統可靠性，還存在安裝問題，效果并不十分理想。因此高性能無速度傳感器控制成為近年來電機研究的熱點。 本文在系統介紹卡爾曼濾波器的基礎上，將其引入到永磁同步電機無速度傳感器狀態觀測中。由于永磁同步電機是一個強耦合的多階非線性系統，本文采用了工程實際中普遍采用的泰勒展開式截斷的方法，對電機方程線性化處理，將卡爾曼濾波算法推廣至非線性系統，并加入了反映電機系統模型誤差和環境干擾的系統噪聲和測量噪聲模型，形成擴展卡爾曼濾波算法。擴展卡爾曼濾波器將電機轉子位置與轉速作為系統狀態變量進行實時估算，并將所得信息反饋到永磁同步電機控制系統中。通過仿真，與電機實際運行狀態進行比較，證明了擴展卡爾曼濾波具有良好的動態跟蹤能力和抗噪聲能力。 針對擴展卡爾曼濾波算法在無速度傳感器控制中存在的不足，本文給出了降階線性卡爾曼濾波算法。降階線性卡爾曼濾波算法重新選擇了系統狀態變量，建立新的完全線性化的系統方程，并且卡爾曼濾波算法中的系統協方差矩陣成為時不變序列，因此可以直接應用線性卡爾曼濾波算法。仿真結果證明，與擴展卡爾曼濾波算法相比，新的算法更加簡單，減輕了繁重的參數調節任務，易于數字化實現，不僅具備擴展卡爾曼濾波算法的優勢，而且在某些性能方面超越了擴展卡爾曼濾波算法。 通過分析得知，由于將系統模型不確定性與測量噪聲體現在系統方程中，因此卡爾曼濾波算法在狀態估算方面具有良好的性能。本文以降階線性卡爾曼濾波 算法為理論基礎，以永磁同步電機為對象，以數字信號處理器（DSP）為核心，設計了電機狀態觀測系統的設計方案。整個方案在不增加成本的基礎上，充分利用數字信號處理器（DSP）豐富的資源和強大的運算能力，通過檢測電機相電流，實時估算出電機轉子位置與轉速。本系統可以代替傳統速度傳感器，為電機控制系統提供轉子位置和轉速反饋信息。本文的下一步主要工作便是將此系統付諸實踐，應用于實際工程中，對卡爾曼濾波算法在永磁同步電機無速度傳感器控制方面的性能進行進一步研究。關鍵詞：永磁同步電機；無速度傳感器；卡爾曼濾波
上傳時間： 2013-04-24
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隨著電力電子技術的發展，高壓換流設備在工業應用中日益廣泛。其核心元件晶閘管（SCR）的電壓與電流越來越高（已達到10KV/10KA以上），應用場合要求也越來越高。在國際上，晶閘管的光控技術發展日益成熟。根據對國內晶閘管技術發展前景和需求的展望，本文采用自供電驅動技術與光控技術相結合，研發光控自供電晶閘管驅動控制板，然后與晶閘管本體相結合即形成光控晶閘管工程化實現模型，其可作為光控晶閘管的替代技術。 在工程應用中，光控晶閘管的典型應用場合為四象限高壓變頻器和國家大型直流輸變電系統等。隨著國家節能工程的實施，高壓變頻器的應用范圍越來越廣泛，已成為工業節能中的重要環節。高壓直流換流系統難度大，技術復雜，要求高，本論文研究的光控晶閘管替代技術只作為其儲備技術之一。本論文以電流源型高壓變頻器作為該光控晶閘管替代技術的應用背景重點闡述。 電流源型高壓變頻器為了提高單機容量，通常是數個SCR串聯使用。隨著系統容量越來越大，裝置對高壓開關器件的要求也越來越高。如果一組串聯SCR中某一個SCR該導通時沒有導通，那么加在該組SCR上的電壓都將加到該SCR上形成過電壓，造成該器件的擊穿損壞，甚至于一組串聯SCR都被燒壞。為了克服上述問題，保證高壓變頻器中串聯晶閘管能夠安全可靠的工作，提高系統可靠性，有必要為晶閘管配備后備驅動系統。本文提出了給SCR驅動電路增設自供電驅動系統——SPDS （Self—Powered Drive System）的解決辦法。SPDS基本功能是通過高位取能電路利用RC緩沖電路中的能量為監測電路和后備觸發電路提供正常工作所需要的能量。它的優點是由于緩沖電路與晶閘管同電位，自供電驅動系統要求的電壓隔離水平可以從幾千伏降低到幾百伏，節省了高壓隔離變壓器，節省了成本和體積，提高了系統可靠性。國外對相關內容已經有了深入研究，并將其應用在高壓變頻器產品中。在國內，目前還沒有查到相關文獻。本文為基于晶閘管的電流源型高壓變頻器設計了一種高壓晶閘管自供電驅動系統，填補了國內空白，為自供電驅動系統的推廣應用和其他高壓開關器件自供電驅動系統的研制提供了參考。 本文詳細介紹了串聯高壓晶閘管驅動系統的要求和RC緩沖電路的工作特 點，進而提出了SPDS的工作原理和具體實現方式，闡述了SPDS各部分組成及其功能。SPDS的核心技術是取能回路和觸發方式的設計。本文在比較各種高壓取能方式和觸發方式優缺點的基礎上，選擇采用RC緩沖取能方式和光纖觸發方式。 論文基于Multisim10仿真軟件，結合高壓晶閘管自供電驅動系統取能電路的原理，對高壓晶閘管自供電驅動系統的核心部分——SPDS取能電路進行了仿真。通過搭建帶SPDS取能電路的單相晶閘管仿真電路和電流源型高壓變頻器前側變流電路的仿真模型，詳細討論了影響RC取能回路正常工作的各種因素。同時，通過設定仿真電路的參數，分析了其工作狀況。根據得到的仿真波形圖，證明了高壓晶閘管自供電驅動系統可以達到有效觸發晶閘管導通的設計目標，具有可行性。 為考察SPDS的實際工作性能，本文搭建了簡易的SPDS低壓硬件實驗平臺，為其高壓條件下的工程化應用打好了基礎。 在論文的最后，對高壓晶閘管自供電驅動系統的發展方向進行了展望。 關鍵詞：高壓變頻器；晶閘管驅動；自供電系統；高壓換流；光控晶閘管
上傳時間： 2013-05-26
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