本文首先介紹無刷直流電機原理及其常用的控制方法。在建立了無刷直流電機數學模型的基礎上，構建了MATLAB環境下控制系統的仿真模型，并對各個仿真模塊進行了分析。設計了無刷直流電機控制系統的硬件電路。該控制系統以Motorola公司的MC68HC908JL3單片機為核心，功率變換電路采用三菱公司IPMPS21246-E模塊。介紹了電路的各個組成部分，給出了控制系統中采用的軟硬件抗干擾措施。針對雙閉環無刷直流電機調速系統，深入研究了基于串級PI控制的控制策略，給出了參數選擇方法，并進行了仿真分析。根據所設計的硬件電路及采用的控制策略，編制了相應的控制系統軟件。系統軟件由物理層和應用層組成。物理層的程序模塊是基本的硬件功能實現模塊，包括啟動按鍵讀入模塊、ADC模塊、故障顯示模塊、中斷模塊。應用層程序調用物理層程序模塊，通過一定的算法邏輯，實現整個系統軟件的功能。最后對無刷直流電機控制系統進行了調試。給出了系統運行中的電壓、速度和電流等信號的實測波形，并進行了分析。調試結果表明，該系統穩定可靠，具有良好的調速性能，達到預期的效果。
上傳時間： 2013-07-11
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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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目前離心機的變頻控制，采用的多是通用變頻器，沒有自主開發的離心機專用的交流調速控制器。同時，在控制方法上采用的主要還是V/F控制以及矢量控制，而效率更高，性能更好的直接轉矩控制方法則還沒有得到廣泛的應用。直接轉矩控制技術，用空間矢量的分析方法，直接在定子坐標系下計算與控制交流電動機的轉矩，采用定子磁場定向，借助于離散的兩點式調節(Bang-Bang控制)產生PWM信號，直接對逆變器的開關狀態進行最佳控制，獲得轉矩的高動態性能。直接轉矩控制，控制結構簡單、控制手段直接、信號處理的物理概念明確、轉矩響應迅速，限制在一拍內，是一種具有高動態響應的交流調速系統。本文通過對直接轉矩控制系統原理的分析、軟硬件的設計制作、系統的調試試驗，得到以下結論: ⑴直接轉矩控制系統，控制手段直接、信號處理的物理概念明確、轉矩動態響應迅速； ⑵直接轉矩控制系統中，低速階段轉矩脈動明顯，通過采用異步電動機適應全速的U-I模型，以及扇區細化等，可以有效減小轉矩脈動;由于轉矩和磁鏈采用離散的兩點式調節，即使在高速運行階段轉矩也有輕微的脈動，通過細分磁鏈扇區，采用空間矢量脈寬調制技術可以有效減小脈動，提高系統控制性能； ⑶直接轉矩控制系統中，檢測環節及其重要，特別是電壓、電流的檢測。無論采用哪種電機模型，電壓和電流都是最主要的參數，準確的電壓、電流檢測能夠增加電機模型的正確性，為控制提供基本的保障； ⑷直接轉矩控制系統中，對電機參數的要求簡單，只需要知道電動機定子電阻，因此直接轉矩控制系統的魯棒性強，易于移植。
上傳時間： 2013-04-24
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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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太陽能發電在世界能源危機的今天飛速發展，已成為新能源的主流之一。逆變器作為主要的能量變換裝置器件，其性能的好壞直接影響著整個光伏系統的效率。本文采用電壓外環、電流內環的雙環控制策略，保證了系統的動態響應速度快，穩態誤差小。為此，論文主要對系統的電路拓撲結構、數學模型、控制方法以及基于FPGA的軟件實現方法等技術進行了分析研究。 本文首先通過對幾種常見的數學模型分析方法的比較，選擇適合本文的數學建模方法。文中給出了逆變器的拓撲結構，詳細論述了其工作原理，對該逆變器不同工作狀態下的等效電路進行分析，并利用狀態空間平均法建立了逆變器數學模型，確定主要元件的參數。 隨后對當前比較流行的幾種逆變電路的控制方法進行了對比分析。本文采用的基于SPWM控制的電壓電流雙環控制的算法，具有開關頻率固定、物理意義清晰、實現方便的優點，保證系統的穩態誤差小，動態響應速度快。通過分析幾種最大功率跟蹤算法各自的優缺點，最后給出了改進的最大功率跟蹤算法，保證系統輸出最大功率。 最后用FPGA實現了系統控制方案的設計。整機測試結果表明：該逆變器的性能指標基本達到了設計要求，驗證了數學模型和控制策略的有效性和理論分析的正確性和可行性。
上傳時間： 2013-07-25
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繞組勵磁同步電機具有功率因數可調、效率高等優點，在工業大功率場合獲得了廣泛應用，因此研究和開發高性能的繞組勵磁同步電機驅動系統具有重大的經濟價值和社會效益。目前開發高性能繞組勵磁同步電機驅動系統所采用的控制方案主要有兩種：一種是直接轉矩控制（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構簡單，物理概念清晰，電流、轉矩波動小，轉速響應迅速，易實現數字控制等優點。因此，在交流傳動領域中，越來越受到學者的關注。但是，無論在國內還是國外，交直交型繞組勵磁同步電機矢量控制系統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的理論體系構架。本文對繞組勵磁同步電機矢量控制系統進行了初步的理論探討，并進行了詳細的實踐研究，為以后更深入、廣泛地研究此系統，打好堅實的基礎。本論文主要研究內容如下： @@ 通過廣泛的查找文獻，對幾種常見的同步電機傳動系統進行了綜述，分析了同步電機變頻調速原理，在此基礎上，講述了無傳感器技術在同步電機中的應用現狀。無傳感器技術主要有兩大類：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的轉子位置估計，高頻信號注入法，基于定子繞組感應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變換的基礎上，得到凸極同步電機轉子磁場定向的電壓矩陣方程、功率方程和運動方程。根據上述方程，繪出dq軸的等值電路及矢量圖，得到狀態空間描述的dq軸數學模型。 @@ 其次，根據模型參考自適應原理，對同步電機轉速進行估計。忽略同步電機d軸阻尼繞組的作用，取同步轉速為零，得到同步電機αβ靜止坐標系下 的數學模型。將不含有轉子轉速信息的方程作為參考模型，將含有轉速參數的方程作為可調模型，根據波波夫超穩定性和正性原理，對轉子轉速進行估計。@@ 最后，根據模型參考自適應估計的轉子轉速，設計磁通觀測器來估計轉子磁通，實現磁通反饋閉環控制。磁通觀測器采用降維觀測器，僅對轉子磁通分量進行重構，并通過極點配置算法，合理配置觀測器的極點，使觀測器滿足系統的性能指標，達到磁通觀測的目的。 @@ 新穎的空間矢量脈寬調制算法。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狀態矢量，這六個開關矢量和兩個零矢量合成一組等幅不同相的電壓空間矢量，去逼近圓形旋轉磁場。其次，根據空間電壓矢量所在的扇區，選擇相鄰有效開關矢量，在伏秒平衡的法則下，計算各有效開關矢量的作用時間。并且，探討了扇區判斷和扇區過渡問題，定性分析了空間矢量脈寬調制（SVPWM）的性能。最后，根據每個扇區中開關矢量作用時間，采用軟件構造法，在TMS320LF2407A硬件上實現了SVPWM。實驗結果表明，該算法簡單易實現，能夠有效的提高直流母線的電壓利用率，具有在低頻運行穩定，逆變器輸出電流正弦度好等優點。 @@ 空間矢量過調制算法的研究。在上述線性調制的基礎上，提出一種基于電壓空間矢量的過調制方法。過調制區域根據調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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隨著計算機技術的迅猛發展，受其影響的儀器行業也發生了巨大的變革，即儀器的手動操作使用改為計算機控制自動測試。隨著自動測試技術和程控儀器的發展，除了要求物理硬件接口標準化外，也要求軟件控制標準化。 硬件方面，從20世紀50代自動測試概念建立起，經過初期專用接口、半專用接口到20世紀80年代中期才普及推廣開放式標準接口總線，如RS232串行通信接口總線、GPIB通用接口總線、PXI計算機外圍儀器系統總線、VXI塊式儀器系統總線等。 軟件方面，1987年6月頒布的IEEE488．2（程控儀器消息交換協議）標準首先解決了數據結構方面的問題，但仍將大量的器件語義留給設計者自由定義。1990年4月，國際上九家儀器公司在IEEE488．2基礎上提出了SCPI（Standard Commands for Programmable Instruments程控儀器標準命令），才使程控儀器器件數據和命令得到標準化。SCPI的總目標是縮短自動測試系統程序開發時間，保護儀器制造者和使用者雙方的硬、軟件投資，為儀器控制和數據利用提供廣泛兼容的編碼環境。 儀器接收到SCPI消息后進行響應：接收字符串消息、詞法分析、語法分析、中間代碼生成、優化和目標代碼生成，語法分析模塊的性能直接影響到程控執行效率。為了進一步簡化儀器內語法分析模塊、提高程控執行效率，本課題提出了在接口電路中加入解析模塊的思想，可將控制器發送到儀器的SCPI消息即復雜的ASCII碼字符串轉變為簡單的二進制代碼。采用此解析模塊將大大簡化儀器設計者的軟件工作，既能實現儀器語言標準化又能提高儀器對遠程 控制的響應速度，這在研究實驗室內的自制儀器時將是很有用的。 儀器接口有很多種，本課題主要討論了RS232和GPIB兩種接口。本設計中儀器接口板是獨立于儀器的，與儀器單獨使用微處理器，若要與儀器連接實現通信只需在兩微處理器之間進行通信即可，這樣做的目的是：一方面可以不影響儀器的設計和操作，一方面可以實現接口板的通用性和儀器的可換性。針對于RS232接口為一簡單接口，我先將工作重心放在軟件設計上，主要考慮怎樣把復雜的ASCII碼字符串解析為簡單的二進制代碼。針對于GPIB接口，軟件設計的主要部分已完成，再把工作重心放在硬件設計上，采用性價比更高的CPID實現GPIB接口芯片NAT9914。為了觀察解析結果還加入了LCD顯示。本設計在開發通用的、低價的儀器接口板方面做了一個有益的嘗試，為進一步的自動測試系統研究打下了基礎。 關鍵詞：儀器；SCPI；RS232接口；GPIB接口；CPLD
上傳時間： 2013-04-24
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21世紀，人類面臨著實現經濟和社會可持續發展的重大挑戰，能源問題越來越突出，太陽能等可再生能源逐漸成為人類關注的焦點。時至今日，人類對光伏系統的研究越來越深入廣泛，但在光伏系統的研發過程中，太陽能電池由于受日照強度、環境溫度影響較大，導致實驗成本過高，研發周期變長。太陽能電池陣列模擬器便能較好地解決這一問題。 @@ 本文首先對比了模擬式太陽能電池模擬器和數字式太陽能電池模擬器的優缺點，選取了數字式太陽能電池陣列模擬器作為研究對象，并對研究太陽能電池陣列模擬器的實際意義作了闡述。隨后描述了太陽能電池的輸出特性，討論了適合工程計算的太陽能電池陣列數學物理模型。 @@ 本文研究的太陽能電池陣列模擬器由功率電路和控制電路兩部分組成。功率電路選取了半橋型DC/DC電路作為主電路拓撲，對其工作過程進行了分析，并對各部分電路進行了設計。然后設計了電壓電流雙閉環調節器，在此基礎之上用PSIM仿真軟件對所設計的太陽能電池陣列模擬器進行了仿真，包括靜態工作點的仿真以及動態響應速度的仿真，通過仿真驗證了模擬器能夠達到所要求指標。 @@ 控制電路板是整個模擬器的核心控制部分，通過控制運算提供輸出電壓的參考值，進而提供控制功率管開通關斷的PWM信號。本文選取了microchip公司的dsPIC30F2023作為主控制芯片，分析了該型號微處理芯片的性能特點，介紹了模擬信號采樣電路、232通訊電路、人機交互界面電路等外圍電路的硬件設計，調節器采用了數字PID控制。 @@ 在MPLAB集成開發環境中進行了軟件方案的設計，主要包括主程序、生成PWM程序、AD采樣、故障處理、人機交互程序等，介紹了各個模塊的程序流程。 @@ 軟硬件系統設計完成后，最終實現了太陽能電池陣列模擬器，可以為光伏系統的研究提供一個良好的實驗平臺。 @@關鍵詞：太陽能電池陣列模擬器；半橋型DC/DC變換器；dsPIC30F2023
上傳時間： 2013-07-28
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應用于電動汽車驅動領域的永磁同步電機交流驅動系統是由永磁同步電機、電力電子技術和控制技術相結合而形成的新型交流驅動系統。因其具有良好的運行性能而成為當代電氣傳動領域研究的熱點之一。 永磁同步電機是一個多變量、非線性、高強耦合的系統，其輸出轉矩與定子電流不成正比，而是復雜的函數關系，因此要得到好的控制性能，需要進行磁場解耦。矢量變換控制技術正好適用于永磁同步電機的這種特點。 本文在數字電機控制專用DSP芯片TMS320LF2407的基礎上，以永磁同步電機為研究對象，對其矢量控制技術進行了研究和設計。 首先課題根據永磁同步電機實際物理模型，分析推導得到了永磁同步電機的三相靜止坐標系下及兩相旋轉坐標系下的數學模型。 接著課題對永磁同步電機運行特性進行了分析和研究。在此基礎上，課題提出了一種新型的永磁同步電機矢量控制系統，在這個系統上，課題提出了應用不同矢量控制策略的矢量控制方法，并對其做了仿真驗證。 結果表明，課題設計的系統以及應用不同矢量控制策略的矢量控制方法準確可行。 這個控制系統便于實現多種矢量控制方法，為永磁同步電機擴速增效提供了理論平臺。 在理論分析、仿真通過基礎上，課題對驅動系統的硬件和軟件兩個方面進行了具體的設計。 課題完成了DSP控制系統關鍵硬件電路的設計，并設計制作了一塊應用SCALE模塊的IGBT驅動電路，此驅動電路響應迅速、抗干擾性強，驅動性能優越。此外，課題完成了永磁同步電機矢量控制系統全數字化設計，調試通過了速度位置檢測、電流檢測、PI調節、坐標變換等應用模塊。 課題最后對整個系統的做了全面的總結，并對今后的工作方向進行了展望。
上傳時間： 2013-06-22
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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，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字控制系統的故障診斷設計與實現，研究了基于模糊推理的船舶自動舵故障診斷專家系統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研，在了解系統軟、硬件的總體技術要求和指標的基礎上，建立檢測對象的數學模型和物理模型。確定故障檢測的對象特點，為系統故障仿真、參數辨識做好準備，并為后續的故障檢測、診斷方法研究提供了參考。 結合某型自動舵數字控制系統實際情況，確定其故障診斷系統采用分層遞階結構。系統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；系統中間層為通訊子系統，負責對底層多個檢測單元信息集中傳送；系統頂層為故障診斷和顯示子系統，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，提高了自動舵故障診斷準確性。該系統將模糊數學、模糊診斷原理及專家經驗相結合，采用模糊產生式知識表示法，確定模糊關系矩陣及語義距離，設計相關硬件平臺，實現了船舶自動舵故障診斷模糊專家系統的各個功能模塊。 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。
上傳時間： 2013-04-24
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