隨著太陽能發(fā)電技術(shù)的日益成熟，太陽能的發(fā)電應(yīng)用在世界范圍內(nèi)得以迅速推廣。因此，太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)設(shè)計的作用越來越被人們所重視。 在現(xiàn)階段，光伏發(fā)電系統(tǒng)的設(shè)計主要以系統(tǒng)工程師的設(shè)計為主，很少有計算機輔助的成分，因此設(shè)計出的方案帶有較大的主觀性和不確定性。由于光伏發(fā)電系統(tǒng)的設(shè)計過程中涉及到的數(shù)據(jù)量很大，所以工程師在設(shè)計過程中難免會忽略甚至錯誤地計算某些數(shù)據(jù)，從而導(dǎo)致部分資源沒能得到合理地利用。如果能將計算機輔助設(shè)計融入到光伏發(fā)電系統(tǒng)的設(shè)計中來，一是可以大量節(jié)省光伏系統(tǒng)設(shè)計的時間，二是可以確保設(shè)計出的方案具有較高的實用性，并且可以使各種資源得到最大的利用。 國外目前應(yīng)用的光伏系統(tǒng)設(shè)計相關(guān)軟件主要有：德國西門子的PVDesigner，瑞士的PVSyst，加拿大的RETScreen，德國的PVSOL等。而國內(nèi)在光伏系統(tǒng)設(shè)計方面的軟件產(chǎn)品幾乎為空白，因此開發(fā)一款適合在國內(nèi)使用的光伏系統(tǒng)輔助設(shè)計軟件具有重要的意義。 綜上所述，本課題有較大的需求空間，并具有廣闊的發(fā)展前景，對發(fā)展國內(nèi)光伏發(fā)電系統(tǒng)具有深遠的意義，同時具備應(yīng)用和研究價值。筆者建立了光伏發(fā)電系統(tǒng)輻射量計算的數(shù)學(xué)模型，并根據(jù)數(shù)學(xué)模型應(yīng)用Visual C＃開發(fā)出適用于Windows平臺的光伏系統(tǒng)輔助設(shè)計軟件。該設(shè)計軟件除了能進行一般的數(shù)據(jù)計算之外，更重要的是能自動地求出太陽電池組件、逆變器數(shù)目以及它們各自的串并聯(lián)數(shù)目，為光伏發(fā)電系統(tǒng)的設(shè)計者解決設(shè)計中最為困難的問題，省去設(shè)計者大量的重復(fù)而復(fù)雜的分析和計算，為光伏發(fā)電系統(tǒng)的應(yīng)用打開一扇方便之門。而通過實例驗證，筆者設(shè)計的光伏系統(tǒng)輔助設(shè)計軟件可為光伏發(fā)電系統(tǒng)提供較為合理的配置方案。
標(biāo)簽： 并網(wǎng)光伏 發(fā)電系統(tǒng) 計算機輔助設(shè)計
上傳時間： 2013-04-24
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電壓空間矢量脈沖寬度調(diào)制技術(shù)是一種性能優(yōu)越、易于數(shù)字化實現(xiàn)的脈沖寬度調(diào)制方案。在常規(guī)SVPWM算法中，判定等效電壓空間矢量所處扇區(qū)位置時需要進行坐標(biāo)旋轉(zhuǎn)和反正切三角函數(shù)的運算，計算特定電壓空間矢量作用時間時需要進行正弦、余弦三角函數(shù)的運算以及過飽和情況下的歸一化處理過程，同時，在整個SVPWM算法中還包含了無理數(shù)的運算，這些復(fù)雜計算不可避免地會產(chǎn)生大量計算誤差，對高精度實時控制產(chǎn)生不可忽視的影響，而且這些復(fù)雜運算的計算量大，對系統(tǒng)的處理速度要求高，程序設(shè)計復(fù)雜，系統(tǒng)運行時間長，占用系統(tǒng)資源多。因此，從工程實際應(yīng)用的角度出發(fā)，需要對常規(guī)SVPWM算法進行優(yōu)化設(shè)計。 本文提出的優(yōu)化SVPWM算法，只需進行普通的四則運算，計算非常簡單，克服了上述常規(guī)SVPWM算法中的缺點，同時，采用交叉分配零電壓空間矢量，并將零電壓空間矢量的切換點置于各扇區(qū)中點的方法，達到降低三相橋式逆變電路中開關(guān)器件開關(guān)損耗的目的。SVPWM算法要求高速的數(shù)據(jù)處理能力，傳統(tǒng)的MCU、DSP都難以滿足其要求，而具有高速數(shù)據(jù)處理能力的FPGA/CPLD則可以很好的實現(xiàn)SVPWM的控制功能，在實時性、靈活性等方面有著MCU、DSP無法比擬的優(yōu)越性。本文利用MATLAB/Simulink軟件對優(yōu)化的SVPWM系統(tǒng)原型進行建模和仿真，當(dāng)仿真效果達到SVPWM系統(tǒng)控制要求后，在XilinxISE環(huán)境下采用硬件描述語言設(shè)計輸入方法與原理圖設(shè)計輸入方法相結(jié)合的混合設(shè)計輸入方法進行FPGA/CPLD的電路設(shè)計與輸入，建立相同功能的SVPWM系統(tǒng)模型，然后利用ISESimulator（VHDL/Verilog）仿真器進行功能仿真和性能分析，驗證了本文提出的SVPWM優(yōu)化設(shè)計方案的可行性和有效性。
標(biāo)簽： FPGACPLD SVPWM 算法優(yōu)化
上傳時間： 2013-06-27
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無刷直流電機以體積小、重量輕、效率高、調(diào)速性能好、無換向火花及無勵磁損耗等諸多優(yōu)點被大量應(yīng)用于家電、交通、醫(yī)療器械、數(shù)控機床及機器人等領(lǐng)域，現(xiàn)代工業(yè)的快速發(fā)展對無刷直流電機控制系統(tǒng)的性能要求也越來越高。可以預(yù)見，隨著永磁材料和電力電子器件價格進一步的降低，無刷直流電機驅(qū)動理論的研究不斷深入，無刷直流電機的應(yīng)用前景將更加廣泛。 本文通過閱讀大量文獻資料，介紹了無刷直流電機的發(fā)展現(xiàn)狀、研究動態(tài)及工作原理等。在控制策略上，采用了基于智能控制思想的模糊控制，其特點是不依賴于對象模型，利用制定的控制規(guī)則進行了模糊推理從而獲得合適的控制量。運用Matlab/Simulink對控制系統(tǒng)進行了建模和仿真，其中速度環(huán)采用模糊PI調(diào)節(jié)，電流環(huán)采用傳統(tǒng)的PI調(diào)節(jié)，為后面的實驗提供了理論分析的基礎(chǔ)。 結(jié)合無刷直流電機的結(jié)構(gòu)，利用電機內(nèi)部的霍爾元件檢測轉(zhuǎn)子位置。根據(jù)模糊控制器的設(shè)計方法，給出了模糊控制查詢表。采用TI公司的數(shù)字信號處理器TMS320F2812作為主控芯片，在硬件上設(shè)計了整流電路、逆變電路、驅(qū)動電路、調(diào)理及保護電路等；在DSP軟件開發(fā)環(huán)境CCS下，采用C語言和匯編語言進行了混合編程，實現(xiàn)了轉(zhuǎn)子位置信號的讀取、PWM波的產(chǎn)生、AD采樣、速度模糊PI調(diào)節(jié)及電流調(diào)節(jié)等功能。 通過對整個控制系統(tǒng)的軟硬件聯(lián)合調(diào)試，進行了相關(guān)實驗。相對傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)，采用模糊PI控制的系統(tǒng)具有響應(yīng)速度快、超調(diào)量小、穩(wěn)定性好等優(yōu)點。實驗結(jié)果表明了無刷直流電機模糊控制系統(tǒng)設(shè)計的正確性。最后對整個設(shè)計進行了總結(jié)，對后續(xù)的工作給出了自己的見解。
上傳時間： 2013-04-24
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空調(diào)壓縮機是空調(diào)器的核心部件。傳統(tǒng)定速空調(diào)器中壓縮機多采用單相異步電動機，對電機采用簡單的開關(guān)式控制，電能損耗、室溫波動及噪音都很大，壓縮機容易受沖擊損壞。隨著人們生活水平的提高及能源短缺問題的出現(xiàn)，將變頻調(diào)速技術(shù)應(yīng)用于空調(diào)器中，將變頻壓縮機取代傳統(tǒng)定頻定速壓縮機，對其進行變頻調(diào)速將使壓縮機減少開停次數(shù)，降低室溫波動，提高舒適度，獲得了更好的空氣調(diào)節(jié)效果和實現(xiàn)節(jié)能降耗的要求。 空調(diào)系統(tǒng)是一個典型的多輸入多輸出、具有大滯后特性的菲線性系統(tǒng)。要對空調(diào)壓縮機進行變頻調(diào)速，需要根據(jù)房間溫度的變化得出壓縮機的頻率值。由于空調(diào)系統(tǒng)精確的數(shù)學(xué)模型難以取得，且時間常數(shù)較大，傳統(tǒng)的PID調(diào)整不僅費時費力，性能指標(biāo)也不能令人滿意。因此，將模糊控制技術(shù)引入空調(diào)壓縮機的變頻調(diào)速控制，建立模糊控制器，以房間溫度的變化和變化率為輸入，壓縮機的頻率為輸出。對于提高空調(diào)系統(tǒng)的控制精度、穩(wěn)定性和可靠性，無論從學(xué)術(shù)研究角度出發(fā)，還是在工程應(yīng)用方面，都具有相當(dāng)?shù)默F(xiàn)實意義。 本文分別從三相異步電動機的變頻調(diào)速技術(shù)、變頻空調(diào)控制策略等方面進行了探討分析。首先將模糊控制技術(shù)應(yīng)用到空調(diào)壓縮機變頻調(diào)速中，根據(jù)建立模糊控制規(guī)則的基本思想及實際運行經(jīng)驗，通過模糊控制技術(shù)使空調(diào)壓縮機具有自調(diào)整的智能特性，從而得出最佳的動態(tài)控制參數(shù)，克服了PID控制器控制精度較低、消除穩(wěn)態(tài)誤差能力差的缺點。 然后詳細(xì)闡述了SVPWM的基本原理，對空間矢量調(diào)制（SVPWM）方式及其實現(xiàn)方法進行了探討。在變頻壓縮機的控制中采用先進的SVPWM調(diào)制技術(shù)，壓縮機能根據(jù)室內(nèi)需要的冷（熱）量不同，連續(xù)地、動態(tài)地、實時地調(diào)整其制冷（熱）量，始終保持在較合理的運轉(zhuǎn)狀態(tài)下。能夠進一步提高電壓的利用率和頻率分辨率，并使壓縮機運行更加平穩(wěn)，提高空調(diào)的效率，達到節(jié)能降耗的效果。
標(biāo)簽： SVPWM 模糊控制 變頻調(diào)速
上傳時間： 2013-04-24
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繞組勵磁同步電機具有功率因數(shù)可調(diào)、效率高等優(yōu)點，在工業(yè)大功率場合獲得了廣泛應(yīng)用，因此研究和開發(fā)高性能的繞組勵磁同步電機驅(qū)動系統(tǒng)具有重大的經(jīng)濟價值和社會效益。目前開發(fā)高性能繞組勵磁同步電機驅(qū)動系統(tǒng)所采用的控制方案主要有兩種：一種是直接轉(zhuǎn)矩控制（DTFC）；另一種是磁場定向矢量控制（FOC）。繞組勵磁同步電機的矢量控制策略具有控制結(jié)構(gòu)簡單，物理概念清晰，電流、轉(zhuǎn)矩波動小，轉(zhuǎn)速響應(yīng)迅速，易實現(xiàn)數(shù)字控制等優(yōu)點。因此，在交流傳動領(lǐng)域中，越來越受到學(xué)者的關(guān)注。但是，無論在國內(nèi)還是國外，交直交型繞組勵磁同步電機矢量控制系統(tǒng)的研究還缺乏全面深入的理論研究，還沒有建造起矢量控制系統(tǒng)的理論體系構(gòu)架。本文對繞組勵磁同步電機矢量控制系統(tǒng)進行了初步的理論探討，并進行了詳細(xì)的實踐研究，為以后更深入、廣泛地研究此系統(tǒng)，打好堅實的基礎(chǔ)。本論文主要研究內(nèi)容如下： @@ 通過廣泛的查找文獻，對幾種常見的同步電機傳動系統(tǒng)進行了綜述，分析了同步電機變頻調(diào)速原理，在此基礎(chǔ)上，講述了無傳感器技術(shù)在同步電機中的應(yīng)用現(xiàn)狀。無傳感器技術(shù)主要有兩大類：基于基波量的檢測方法和基于外加信號的激勵法。隨后，對轉(zhuǎn)子初始位置的估計進行了綜述，其方法有：基于電機定子鐵芯飽和效應(yīng)的轉(zhuǎn)子位置估計，高頻信號注入法，基于定子繞組感應(yīng)電壓的估計法和基于相電感計算法等。繞組勵磁同步電機轉(zhuǎn)子初始位置估計的研究還很少。 @@ 對繞組勵磁同步電機矢量控制的理論進行了全面深入地研究，建立起矢量控制的理論體系構(gòu)架。 @@ 首先，基于磁勢等效原理，將三相靜止交流信號等效變換為兩相旋轉(zhuǎn)直流信號，將交流電機等效為直流電機進行控制。在Clarke變換和Park變換的基礎(chǔ)上，得到凸極同步電機轉(zhuǎn)子磁場定向的電壓矩陣方程、功率方程和運動方程。根據(jù)上述方程，繪出dq軸的等值電路及矢量圖，得到狀態(tài)空間描述的dq軸數(shù)學(xué)模型。 @@ 其次，根據(jù)模型參考自適應(yīng)原理，對同步電機轉(zhuǎn)速進行估計。忽略同步電機d軸阻尼繞組的作用，取同步轉(zhuǎn)速為零，得到同步電機αβ靜止坐標(biāo)系下 的數(shù)學(xué)模型。將不含有轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速信息的方程作為參考模型，將含有轉(zhuǎn)速參數(shù)的方程作為可調(diào)模型，根據(jù)波波夫超穩(wěn)定性和正性原理，對轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速進行估計。@@ 最后，根據(jù)模型參考自適應(yīng)估計的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速，設(shè)計磁通觀測器來估計轉(zhuǎn)子磁通，實現(xiàn)磁通反饋閉環(huán)控制。磁通觀測器采用降維觀測器，僅對轉(zhuǎn)子磁通分量進行重構(gòu)，并通過極點配置算法，合理配置觀測器的極點，使觀測器滿足系統(tǒng)的性能指標(biāo)，達到磁通觀測的目的。 @@ 新穎的空間矢量脈寬調(diào)制算法。從空間矢量的基本概念入手，深入分析了定子三相對稱電壓與空間電壓矢量之間的關(guān)系。由三相電壓源型逆變器輸出電壓波形得到六個有效開關(guān)狀態(tài)矢量，這六個開關(guān)矢量和兩個零矢量合成一組等幅不同相的電壓空間矢量，去逼近圓形旋轉(zhuǎn)磁場。其次，根據(jù)空間電壓矢量所在的扇區(qū)，選擇相鄰有效開關(guān)矢量，在伏秒平衡的法則下，計算各有效開關(guān)矢量的作用時間。并且，探討了扇區(qū)判斷和扇區(qū)過渡問題，定性分析了空間矢量脈寬調(diào)制（SVPWM）的性能。最后，根據(jù)每個扇區(qū)中開關(guān)矢量作用時間，采用軟件構(gòu)造法，在TMS320LF2407A硬件上實現(xiàn)了SVPWM。實驗結(jié)果表明，該算法簡單易實現(xiàn)，能夠有效的提高直流母線的電壓利用率，具有在低頻運行穩(wěn)定，逆變器輸出電流正弦度好等優(yōu)點。 @@ 空間矢量過調(diào)制算法的研究。在上述線性調(diào)制的基礎(chǔ)上，提出一種基于電壓空間矢量的過調(diào)制方法。過調(diào)制區(qū)域根據(jù)調(diào)制度分成兩種不同的模式，分別為模式Ⅰ（0．907
上傳時間： 2013-07-25
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近年來，隨著大規(guī)模集成電路的飛速發(fā)展，微控制器和數(shù)字信號處理器的性價比不斷提高，數(shù)字控制技術(shù)已逐步應(yīng)用于大中功率高頻開關(guān)電源。相對于傳統(tǒng)模擬控制方式，數(shù)字控制方式具有電源設(shè)計靈活、外圍控制電路少、可采用較先進的控制算法、具有較高可靠性等優(yōu)點。 高頻開關(guān)電源具有體積小、重量輕、效率高、輸出紋波小等特點，現(xiàn)已逐步成為現(xiàn)代通訊設(shè)備的新型基礎(chǔ)電源系統(tǒng)。針對傳統(tǒng)開關(guān)電源中損耗較大、超調(diào)量較大、動態(tài)性能較差等問題，本文采用基于DSP的全橋軟開關(guān)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。全橋軟開關(guān)移相控制技術(shù)由智能DSP系統(tǒng)完成，采樣信號采用差分傳輸，控制算法采用模糊自適應(yīng)PID算法，產(chǎn)生數(shù)字PWM波配合驅(qū)動電路控制全橋開關(guān)的通斷。在輸入端應(yīng)用平均電流控制法的有源功率因數(shù)校正，使輸入電流跟隨輸入電壓的波形，從而使功率因數(shù)接近1。最后通過Matlab仿真結(jié)果表明模糊自適應(yīng)PID控制算法比傳統(tǒng)PID控制算法在超調(diào)量，調(diào)節(jié)時間，動態(tài)特性等性能上具有優(yōu)越性。 論文以高頻開關(guān)電源的設(shè)計為主線，在詳細(xì)分析各部分電路原理的基礎(chǔ)上，進行系統(tǒng)的主電路設(shè)計、輔助電路設(shè)計、控制電路設(shè)計、仿真研究、軟件實現(xiàn)。重點介紹了高頻變壓器的設(shè)計及模糊自適應(yīng)PID控制器的實現(xiàn)。并將輔助電源及控制電路制成電路板，以及在此電路板基礎(chǔ)上進行各波形分析并進行相關(guān)實驗。
上傳時間： 2013-04-24
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隨著市場經(jīng)濟和現(xiàn)代化工業(yè)的發(fā)展，能源短缺和環(huán)境污染，已經(jīng)成為制約人類社會健康發(fā)展的兩大重要因素。新能源的開發(fā)與利用愈來愈受到重視，太陽能以其清潔環(huán)保、蘊藏豐富等優(yōu)點逐步得到了開發(fā)利用。光伏逆變電源作為太陽能利用中主要的能量變換裝置，是目前研究和發(fā)展的重要環(huán)節(jié)。 本課題研究的是可并網(wǎng)三相光伏逆變電源，以追求體積小、效率高、精度大、方便實用為目的，采用了DC—HFAC—DC—LFAC三級功率傳輸架構(gòu)，設(shè)計中使用了SPWM技術(shù)、SVPWM技術(shù)、內(nèi)高頻環(huán)技術(shù)、DSP數(shù)字控制技術(shù)和數(shù)字鎖相環(huán)技術(shù)等前沿實用技術(shù)。 直流DC—DC變換器采用內(nèi)高頻環(huán)技術(shù)，既實現(xiàn)了電氣隔離又大大的減小了裝置體積。這一部分本文不做涉及，本文所涉及的內(nèi)容為本系統(tǒng)的DC—AC逆變電源部分，本論文的主要內(nèi)容如下： 首先，分析了幾種DC—AC逆變器的主電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，根據(jù)其優(yōu)缺點與實際應(yīng)用需要，選擇三相四橋臂結(jié)構(gòu)作為本文主電路結(jié)構(gòu)，滿足了電網(wǎng)負(fù)載的不平衡性。在選擇了三相四橋臂結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，選取兩種最新的SVM控制方法：基于三態(tài)滯環(huán)的瞬時空間電流相量控制法與二維空間矢量控制法，對兩種方法作出詳細(xì)分析比較，根據(jù)實用性原則，選取二維空間矢量控制法作為本文的控制方法。 其次，選取了主控芯片TI公司的TMS320F2812，電路中的功能盡量數(shù)字化實現(xiàn)，既控制了電路體積，又大大提高了系統(tǒng)的安全性與可靠性。設(shè)計了本系統(tǒng)的控制電路、驅(qū)動電路、緩沖電路、保護電路、濾波器電路等系統(tǒng)電路，本系統(tǒng)所有硬件電路均設(shè)計完畢。為了驗證設(shè)計的正確性，大部分電路都用ORCAD—Pspice仿真軟件進行仿真驗證，小部分電路搭建實際電路，設(shè)計電路都能達到系統(tǒng)設(shè)計要求。 隨后，簡單介紹了DSP編程環(huán)境CCS。詳細(xì)分析了SVPWM的工作原理，并給出二維空間矢量法在DSP中的實現(xiàn)方法。介紹幾種MPPT方法，并選取本課題所選用的方法。 最后，給出系統(tǒng)仿真，分析了重點模塊，得到了仿真結(jié)果。 關(guān)鍵詞：光伏并網(wǎng)電源、空間矢量脈寬調(diào)制、內(nèi)高頻環(huán)、三相四橋臂
上傳時間： 2013-05-19
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隨著21世紀(jì)的到來，特別是近年來現(xiàn)代高科技和信息技術(shù)正在由智能大廈走向智能化住宅小區(qū)，進而走進家庭。人們對家居生活環(huán)境的要求也越來越高，并將注意力越來越多的放在了生活環(huán)境的安全性、舒適性和便利性上。 家居無線監(jiān)控問題是當(dāng)今國際建筑智能化領(lǐng)域的前沿性研究課題。無線傳感網(wǎng)絡(luò)的出現(xiàn)克服了家庭中布線的煩瑣，充分體現(xiàn)了智能家居系統(tǒng)的靈活、方便、高效。本項目研究開發(fā)了基于ZigBee技術(shù)和Internet技術(shù)的智能家居監(jiān)控系統(tǒng)，將Internet的遠程監(jiān)控與ZigBee短距離控制相結(jié)合，實現(xiàn)系統(tǒng)的家居無線控制和數(shù)據(jù)采集，避免了綜合布線，可擴展性好。 本文首先進行系統(tǒng)總體設(shè)計，結(jié)合底層ZigBee無線傳感網(wǎng)絡(luò)的特點和系統(tǒng)總體網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控的要求，將該系統(tǒng)設(shè)計分為四部分：無線傳輸模塊、數(shù)據(jù)處理模塊、以太網(wǎng)傳輸模塊、上位機顯示界面。然后對ZigBee協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)做了全面地研究分析，同時給出了基于CC2430的無線傳輸模塊的軟硬件設(shè)計和星型網(wǎng)絡(luò)搭建，并給出了測試結(jié)果。接著設(shè)計了基于TMS320F2812的數(shù)據(jù)處理模塊，給出了硬件電路和外圍輔助電路設(shè)計方案，并為其移植了實時操作系統(tǒng)μc/OS-Ⅱ。本設(shè)計完成了基于RTL8019AS的以太網(wǎng)傳輸模塊設(shè)計和系統(tǒng)的以太網(wǎng)通信程序的設(shè)計，實現(xiàn)了從底層ZigBee無線傳感網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)采集最終到監(jiān)控機的數(shù)據(jù)傳輸并測試成功。最后在VC++6．0環(huán)境下，應(yīng)用Windows Sockets套件接口開發(fā)顯示界面對底層采集的數(shù)據(jù)分類顯示。 整個智能家居監(jiān)控系統(tǒng)能夠?qū)矣秒娖鞯耐瓿砷_關(guān)量的控制，還能夠?qū)θ?表（水表、電表、燃?xì)獗恚┻M行無線抄表，最重要的是可監(jiān)測來自家庭安防傳感器（火警、煤氣泄露）的數(shù)據(jù)，以備物業(yè)等部門監(jiān)控。通過測試后，證實了設(shè)計方案的正確性，結(jié)果滿足系統(tǒng)設(shè)計要求，該設(shè)計具有一定的新穎性和實用性。關(guān)鍵詞：智能家居，ZigBee，數(shù)據(jù)處理，μC/OS-Ⅱ，Windows Sockets
標(biāo)簽： ZigBee 無線傳感網(wǎng)絡(luò) 嵌入式
上傳時間： 2013-06-28
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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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本文設(shè)計的變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)由上位機、PLC、變頻器、壓力變送器等組成。本系統(tǒng)包含三臺水泵電動機，采用通用變頻器來實現(xiàn)對三相水泵電動機組的軟啟動和變頻調(diào)速，運行切換采用“先開先停”的原則。壓力變送器檢測當(dāng)前水壓信號，送入PLC與設(shè)定值經(jīng)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(zhuǎn)速來改變供水量，最終保持管網(wǎng)壓力恒定在設(shè)定值附近。把模糊控制算法引入到控制系統(tǒng)中，從而改善了系統(tǒng)的靜動態(tài)特性。 模糊控制是一種不依賴于被控過程數(shù)學(xué)模型的仿人思維的控制技術(shù)。它可以利用領(lǐng)域?qū)＜业牟僮鹘?jīng)驗或知識建立被控系統(tǒng)的模糊規(guī)則，有較好的知識表達能力。但傳統(tǒng)的模糊控制同PID算法一樣，均為“事后調(diào)節(jié)”，因而對大遲延對象的控制效果不是很理想。預(yù)測控制的核心是不僅注意過去及現(xiàn)在的目標(biāo)值，而且注意將來的目標(biāo)值，使受控量和目標(biāo)值的偏差盡可能地小，從而提高系統(tǒng)的控制性能。預(yù)測控制和模糊控制是各自獨立發(fā)展起來的兩類控制方法，在二者充分發(fā)展的基礎(chǔ)上，提出將預(yù)測的思想和模糊的思想結(jié)合起來，形成一種新的控制方法——模糊預(yù)測控制FPC。 本文將FPC技術(shù)應(yīng)用于供水系統(tǒng)，設(shè)計出自調(diào)整修正因子模糊PID控制器，克服了傳統(tǒng)PID控制設(shè)計中的參數(shù)調(diào)整困難的問題。模糊PID控制是在大誤差范圍內(nèi)采用模糊控制，以提高動態(tài)響應(yīng)速度；在小誤差范圍內(nèi)采用PID控制，引入積分控制作用以消除靜態(tài)誤差，提高控制精度。本設(shè)計通過變頻調(diào)速實現(xiàn)恒水壓控制，并針對系統(tǒng)的時滯特點采用Smith預(yù)估控制器進行補償。利用Matlab對其模型進行仿真，仿真結(jié)果與傳統(tǒng)控制算法相比較，該算法具有魯棒性好，實現(xiàn)簡單，易于在線調(diào)整等優(yōu)點，系統(tǒng)響應(yīng)曲線沒有超調(diào)，系統(tǒng)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(shè)置，給出了上位機監(jiān)控程序編寫方法，通過通信模塊實現(xiàn)了對供水系統(tǒng)的遠程監(jiān)控及故障報警。 所開發(fā)的系統(tǒng)將FPC與PLC相結(jié)合，克服了傳統(tǒng)的調(diào)節(jié)器的缺點，充分發(fā)揮了PLC控制靈活、編程方便、適應(yīng)性強的優(yōu)點，提高了控制的精確度。實驗結(jié)果表明，該系統(tǒng)能對異步電動機轉(zhuǎn)速實現(xiàn)精確控制，實用性強，具有一定的推廣價值。
標(biāo)簽： PLC FPC 變頻調(diào)速系統(tǒng)
上傳時間： 2013-05-19
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