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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燃料電池電動汽車DC/DC變換器的諸如工作電壓、電流、效率、體積、重量、溫度這些參數指標中溫度參數是一個尤為重要的參數。如何對DC/DC變換器內部多點溫度參數進行實時監測從而為DC/DC變換器提供可靠的溫度參數就成為本課題的直接來源和選題依據。 USB總線具有即插即用、使用方便、易于擴展以及抗干擾能力強等其它總線無法比擬的優點。如今USB已經成為PC上的標準接口，并迅速占領了計算機中、低速外設的市場。而且隨著計算機功能的不斷強大，虛擬儀器技術也在不斷發展。它代表了測量與控制技術的未來發展方向。本課題的研究目的就是希望將USB總線技術和虛擬儀器技術應用到測量系統中，充分利用實驗室現有的資源，設計一個基于USB總線和LabVIEW的多路溫度測試儀。 在了解DC/DC變換器內部主電路的拓撲結構的基礎上，考慮測試系統抗干擾技術，選用擴展了USB功能的微控制器芯片STM32F103和高精度溫度傳感器PT1000完成了基于恒流源的多通道溫度檢測電路原理圖與印刷電路板設計。在學習USB協議和電子芯片數據手冊的基礎上編寫了測試儀的下位機固件程序。通過LabVIEW中的NI—VISA開發驅動程序實現上位機與USB設備的通信功能。在LabVIEW虛擬儀器軟件開發平臺中編寫用戶界面并建立合理的報表生成系統，有效存儲數據提供用戶查詢。 直接在LabVIEW環境下通過NI—VISA開發能驅動用戶USB系統應用程序，完全避開了以前開發USB驅動程序的復雜性，大大縮短了開發周期，節省了開發成本。設計完畢后對系統進行了軟硬件聯調，通道標定和現場試驗，并進行了精度分析。實驗結果表明課題在這一研究過程中取得了預期的良好結果。
上傳時間： 2013-06-07
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LED顯示屏自問世以來經歷了飛速發展，如今已經成為了平板顯示器的一個重要產品。LED顯示屏具有亮度高、功耗小、顏色鮮艷等特點，能完成實時性、多樣性、動態性的信息發布任務，勝任各種戶外公共場合。高效節能和保護環境已成為當今世界發展的重要議題。因此，為LED顯示屏提供高效節能的電源及其驅動技術，就成為了LED大屏幕顯示技術得到推廣普及的關鍵性問題。 本文設計了一種低功耗、小成本的LED顯示屏驅動電源，并在此基礎上研究了LED顯示屏的一種時序掃描算法。采用半橋式開關電源作為LED顯示屏驅動電源的基本拓撲，完成了EMI濾波器、主電路和控制驅動電路的設計工作：利用FPGA和VHDL語言設計了基于PWM技術的閉環反饋控制，實現了恒壓電源的基本要求；并在電源輸出整流側采用同步整流的設計方案，利用低導通阻抗的電力MOSFET，使整流損耗得到了大大降低。研究了LED顯示屏的基本掃描算法，介紹了LED顯示屏的一些基本常識和概念，利用FPGA和VHDL語言設計了一種簡易的LED顯示陣列。仿真和實驗研究表明該電路結構簡單、控制方便，掃描算法簡易可行，滿足了LED顯示屏時序掃描控制的基本要求。
上傳時間： 2013-06-23
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隨著信息技術的飛速發展，數據吞吐量急劇增長，要求有更高的傳輸速度，來滿足大量數據的傳輸，而原有的并行數據傳輸總線結構上存在自身無法克服的缺陷，在高頻環境下容易串擾，而增大誤碼率。SATA串行總線技術應運而生。作為一種新型的總線接口，它提供了高達3.0Gbps的數據傳輸速率，使用8B/10B編碼格式，采用LVDS NRZ串行數據傳輸方式，有良好的抗干擾性能，有更強的達到32位的循環冗余校驗，并且提供了良好的物理接口特性，支持熱拔插，代表著計算機總線接口技術的發展方向。FPGA作為一種低功耗的半導體器件，在高頻工作環境中有優良的性能，將處理器與低功耗FPGA結合起來使用是數據存儲應用的趨勢，這樣能夠使得接口方案更加靈活。而在眾多FPGA器件中，Xilinx公司的Virtex-4平臺內部集成了PowerPC高性能處理器，并且其中提供了Rocket IO MGT這種嵌入式的多速率串行收發器，能夠以6.25-622Mb/s的速度傳送數據，并且支持包括SATA協議在內的多種串行通信協議。 本文從物理層、鏈路層、傳輸層分析了SATA1.0技術的接口協議，在此基礎提出滿足協議需求和適合FPGA設計的設計方案，并給出總體設計框圖，依照FPGA的設計方法，采用Xilinx公司的Virtex-4設計了一個符合SATA1.0接口協議的嵌入式存儲裝置，實現數據的存儲，仿真運行結果正常。
上傳時間： 2013-04-24
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三相電壓不平衡度是衡量電網電能質量的一個重要指標。在三相系統中，引起電壓不平衡的主要原因是發電機的輸出電壓不平衡和負載不平衡兩方面，電壓不平衡比較嚴重時，會給系統帶來諸多危害。近年來，STATCOM因其動態響應速度快，電流諧波含量小，裝置體積小等優點，在電壓不平衡補償中的應用越來越廣。 首先本文研究了基于IGCT的STATCOM主電路。為了獲得更高的輸出電壓，通常需要將IGCT串聯使用。然而在器件串聯使用時，由于其特性的差異會產生暫態電壓分配不均衡，導致個別器件上產生過電壓而威脅器件的安全，嚴重時會燒毀器件。因此需要采用均壓電路來保證串聯結構中電壓的平均分配。本文重點對IGCT串聯均壓電路和緩沖電路進行了設計，在分析串聯均壓電路的同時，計算了吸收電容和吸收電阻的取值范圍。而后，對緩沖電路進行了Pspice仿真，通過仿真驗證了均壓電路的工作效果。結果表明，吸收電容和吸收電阻的取值合適，能夠對IGCT的串聯運行起到很好的保護作用。本文還對100Kvar/660VSTATCOM的主電路進行了參數設計，對IGCT的型號和各主要元件進行了選擇。 本文重點研究了不平衡系統中STATCOM的控制策略。建立了基于IGCT的STATCOM的數學模型；根據STATCOM的電流暫態模型，對電流電壓進行序分解，并做D—Q坐標變換，建立STATCOM在靜止坐標系下的正、負序數學模型。基于建立的負序模型，研究STATCOM在不平衡情況下的控制策略，本文采用無差拍控制方法；根據實際補償時遇到的問題：收斂速度慢、依賴固定的負載模型、魯棒性差等，對無差拍控制方法進行了優化設計。該優化方法在傳統無差拍的基礎上引入了參考電流觀測器和狀態觀測器；文中具體設計了這個改進無差拍控制器和其相關電路。經分析與仿真驗證了本文提出的優化控制方法，將該方法應用于STATCOM不平衡補償器，取得了良好的不平衡補償性能、快速的動態響應和良好的魯棒性。
上傳時間： 2013-06-05
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隨著電力系統的迅速發展和電力電子技術的廣泛應用，電能污染日益嚴重，電能質量問題已經成為電力部門及電力用戶越來越關注的問題。電能質量的各項指標若偏離正常水平過大，會給發電、輸變電和用電設備帶來不同程度的危害。電能質量的好壞直接關系到國民經濟的總體效益，因此對電能質量進行檢測和分析從而提高和改善電能質量具有非常重要的意義。 本文首先介紹了電能質量的基本概念，對各種電能質量問題的分類、特征及產生原因和危害作了詳細的闡述。通過對電能質量各項指標（供電電壓偏差、頻率偏差、公用電網諧波、三相電壓不平衡度、電壓波動與閃變）的分析，以傳統的傅立葉變換理論為基礎，針對目前電能質量分析的難點即對突變的、暫態的、非平穩的信號的檢測與分類，提出了基于快速傅立葉變換的暫態電能質量分析方法。 在系統的研究了電能質量分析的相關理論和檢測技術的基礎上，針對電能質量分析系統中需要支持復雜算法和保持實時性的特殊要求，研制了基于DSP與ARM構架的嵌入式電能質量分析系統的硬件平臺和軟件系統。重點分析了DSP與ARM的選型依據、結構特點、具體應用等。并且詳細的介紹了硬件平臺的各部分組成和電路原理圖。隨后，提出了該裝置軟件部分設計思想，其中重點介紹了DSP部分的FFT算法設計、ARM部分的UC/OS-II操作系統移植和MiniGUI圖形界面開發。最后對論文的主要工作進行了總結，對以后可深入研究的方向進行了展望。 關鍵詞：電能質量；傅立葉變換；快速傅立葉變換；UC/OS-Ⅱ；MiniGUI
上傳時間： 2013-06-15
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函數發生器又名任意波形發生器，是一種常用的信號源，廣泛應用于通信、雷達、導航等現代電子技術領域。信號發生器的核心技術是頻率合成技術，主要方法有：直接模擬頻率合成、鎖相環頻率合成（PLL）、直接數字合成技術（DDS）。DDS是開環系統，無反饋環節，輸出響應速度快，頻率穩定度高。因此直接數字頻率合成技術是目前頻率合成的主要技術之一，其輸出信號具有相對較大的帶寬、快速的相位捷變、極高的相位分辨率和相位連續等優點。本文的主要工作是采用SOPC結合虛擬儀器技術，進行DDS智能函數發生器的研制。 本文介紹了虛擬儀器技術的基本理論，簡要闡述了儀器驅動程序、VISA等相關技術。對SOPC技術進行了深入的研究：SOPC技術是基于可編程邏輯器件的可重構片上系統，它作為SOC和CPLD/FPGA相結合的一項綜合技術，結合了兩者的優點，集成了硬核或軟核CPU、DSP、鎖相環、存儲器、I/O接口及可編程邏輯，可以靈活高效地解決SOC方案，而且設計周期短，設計成本低，非常適合本設計的應用。本文還對基于DDS原理的設計方案進行了分析，介紹了DDS的基本理論以及數學綜合，在研究DDS原理的基礎上，利用SOPC技術，在一片FPGA芯片上實現了整個函數發生器的硬件集成。 本文就函數發生器的設計制定了整體方案，對軟硬件設計原理及實現方法進行了具體的介紹，包括整個系統的硬件電路，SOPC片上系統和PC端軟件的設計。在設計中，LabVIEW波形編輯軟件和函數發生器二者采用異步串口進行通信。利用LabVIEW的強大功能，把波形的編輯，系統的設置放到計算機上完 成，具有人機界面友好、系統升級方便、節約硬件成本等諸多優勢。同時充分利用了FPGA內部大量的邏輯資源，將DDS模塊和微處理器模塊集成到一個單片FPGA上，改變了傳統的系統設計思路。通過對系統仿真和實際測試，結果表明該智能型函數發生器不僅能產生理想的輸出信號，還具有集成度高、穩定性好和擴展性強等優點。關鍵詞：智能型函數發生器，虛擬儀器，可編程片上系統，直接數字合成技術，NiosⅡ處理器。
上傳時間： 2013-07-09
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隨著電力電子技術的發展，各類電力電子裝置應運而生，這些產品在出廠前需要根據不同的需要進行相應的測試和校驗。傳統的負載測試存在著能耗大、靈活性差等諸多缺點，已經越來越不能滿足各種測試場合的要求，特別是一些要求用動態變化的負載、非線性負載、具有負阻特性的負載以及有源負載等測試場合。因此針對這一問題，本文利用電力電子技術結合計算機技術、控制技術等設計了一種通用的交流電子負載模擬裝置，以滿足各種測試場合的要求。 @@ 交流電子負載是一種可以模擬真實負載的電力電子裝置，它不但可以模擬傳統的線性負載，也可以模擬各種非線性負載、有源負載等其他形式的負載。目前國內外對電子負載的研究還不成熟，有些是使交流電源按照一定的功率放電，但是輸出電流卻與真實負載測試下的電流有較大的差別；而有些雖然能夠準確控制電源的放電電流取得和真實負載一樣的效果，但試驗電能完全被消耗掉，造成很大的浪費。本文研究的新型交流電子負載克服了以上電子負載方案的缺點，可以滿足各種試驗場合的測試需求，能夠在很大程度上減少能量浪費，豐富試驗樣式且節約試驗成本。 @@ 本文分析了能饋式交流電子負載的模擬原理，確定了采用中間直流環節的交-直-交主電路結構，其一端接待測交流電源，另一端接低壓交流電網。前級負載模擬環節和后級能量回饋環節均采用可四象限運行的電壓型PWM（Pulse Width Modulation）變換器。負載模擬環節直接與待測電源連接，采用電流滯環瞬時值比較方式，使電源輸出的實際電流信號準確、快速的跟蹤其指令電流信號值，使得電子負載對待測電源呈現設定的負載形式，完成電子負載的模擬功能；能量回饋環節與電網連接，通過控制輸出電流與電網電壓同頻、同相位，實現試驗電能的單位功率因數回饋電網的目的，變換器的控制采用常規的雙閉環控制方式，電流內環控制實際電流跟蹤指令值的變化，電壓外環通過控制輸出電流的大小使直流側母線電壓穩定為設定指令值。 @@ 電子負載系統在負載模擬部分通過人機接口設定具體負載形式和負載屬性，為了更加準確快速的得到電流指令信號值，文中采用更加直接的數值計算方 法，由數字信號處理器實時計算出該給定負載模式下的指令電流值。使用交流小信號分析法得到了系統的頻域方塊圖，并對主電路元件參數以及調節器進行了優化設計。針對大功率開關管開關頻率存在的限制，本文提出了幾種提高電流跟蹤精度的改進方法，取得了良好的效果。整個系統在PSIM平臺上進行了不同工作模式下的仿真，仿真結果表明方案切實可行。最后依據仿真方案設計基于TMS320F2812的控制系統和功率電路，使用PROTEL軟件進行了原理圖的繪制。@@關鍵詞：電子負載；能量回饋；電壓型變換器；滯環PWM電流控制；雙閉環；PWM整流器
上傳時間： 2013-05-26
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近年來，電源技術無論在理論研究，還是生產應用方面都取得了許多成果和長足的進步。開關電源的研究涉及電力電子、自動控制等技術領域，軟開關、高效率是開關電源的重要研究方向。因此，PFC技術和軟開關PWM技術作為成熟的技術，近些年來在中、小功率乃至大功率開關電源中得到普遍的應用。 本文研究設計了一種具有功率因數校正和軟開關技術的高效率開關電源。該開關電源主要分為兩個部分，前一部分為單相有源功率因數校正電路，后一部分為采用移相控制軟開關技術的全橋變換器。 論文首先介紹了開關電源技術的發展以及涉及到的技術領域，然后闡述了現階段幾種提高開關電源技術的新方法，最后詳細敘述了整個系統的設計。在詳細分析和研究單相有源功率因數校正原理的基礎上，設計出有源功率因數校正電路，并給出電路中升壓電感的設計方法。同時，設計出了大功率移相控制全橋軟開關PWMDC/DC變換器，詳細的研究了實現ZVS的條件。最后研制出了實驗樣機，并給出了實驗樣機的功率因數校正電路和移相全橋軟開關變換電路的實驗波形。
上傳時間： 2013-04-24
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石油鉆采設備通常工作于公共電網所不及的沙漠、海洋和陸地等環境場合，其中的電站子系統由數臺柴油發電機組及其相應的控制系統構成，為石油鉆機提供動力電源（小電網供電系統）。石油鉆機中的鉆井設備（絞車、泥漿泵和轉盤等）由大功率的交流或直流電動機驅動，根據鉆井工藝需要調節轉速和控制轉矩，因此，通常采用VFD變頻調速系統或SCR直流調速系統來滿足鉆井工藝要求。眾所周知，電力電子裝置（VFD變頻傳動系統和SCR直流傳動系統）對電力系統帶來諧波污染，尤其是對柴油發電機組小電網系統，諧波污染的問題將更為嚴重，而且SCR電驅動系統的功率因數較低，也給小電網系統帶來額外負擔，影響供電質量。因此，對石油鉆機電驅動系統進行諧波抑制和提高功率因數，顯得尤為重要。本論文正是針對此問題進行的研究和實踐。 本文對石油鉆機電驅動系統的構成及其工作原理作了介紹，重點分析了SCR和VFD電驅動系統諧波和無功功率產生的原因及危害，結合國內外的研究成果，提出對石油鉆機電驅動系統進行諧波抑制和無功補償的方案，并將其應用到實際的工程項目中。 石油鉆機電驅動系統為典型的多諧波源系統，本文對各個諧波源進行了詳細地分析，并且將多個諧波源進行了合成疊加和計算，來確定對電網系統總的影響（電壓畸變率）；針對SCR和VFD電驅動系統的結構和特點，提出了對SCR和VFD系統進行諧波抑制和無功功率補償的不同解決方案，即：對SCR電驅動系統，采用有源濾波器+動態無功功率補償的辦法，來消除諧波和改善功率因數；而對VFD電驅動系統，采用有源濾波器來消除諧波即可。 對石油鉆機SCR和VFD電驅動系統諧波進行的分析和計算，為兩系統諧波抑制的方案選型和系統優化提供了設計依據。本文選用適合于柴油發電機組小電網供電系統的有源濾波器（額定電壓為690V）來濾除諧波，在系統結構上，采用一個諧波源配置一個有源濾波器的方法，主要解決了CT和PT連接的問題，實踐證明系統配置合理，濾波效果良好。同時對SCR電驅動系統設計了動態無功補償裝置，通過實測數據驗證了本文對SCR電驅動系統的無功進行了有效地補償。
上傳時間： 2013-04-24
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