隨著人們生活水平的提高,肥胖逐漸成為一種社會疾病,肥胖容易使人患上阻塞性睡眠呼吸暫停綜合癥,嚴重影響生活質量,嚴重時甚至危及生命。研制性能良好低成本的呼吸機有很好的實際意義。本論文論述了一種基于dsPIC30F3010控制器及無刷直流電機(BrushlessDirectCurrentMotor,簡稱BLDCM)的呼吸機控制器,實現了反電勢法無位置傳感器無刷直流電機的運行控制。 論文從基本電磁定律出發,分析了無刷直流電動機結構和工作原理,建立了無刷直流電動機的數學模型,在此基礎上詳細分析了“反電勢法”無刷直流電機控制原理,深入研究了三種反電勢過零檢測方法,并對檢測電路移相產生的轉子位置誤差進行了分析,給出了補償方法。 對無刷直流電動機無位置傳感器控制中的關鍵問題——起動方法進行研究,介紹了“反電勢法”無刷直流電機控制常用的起動方法,深入討論了“三段式”起動技術。針對傳統“三段式”起動的缺點,論文提出了一種新的外同步到自同步的切換方式。 綜合上述,本系統以dsPIC30F3010單片機為控制器,設計了“反電勢法”無刷直流電機無位置傳感器控制系統的硬件電路,詳細介紹了電路各個組成部分的工作原理,同時介紹了控制系統中采用的硬件抗干擾措施。結合dsPIC30F3010的特點,充分利用其片內的資源,設計了系統的軟件。實驗結果表明系統能夠控制電機順利起動,而且實現了電機正確的換相和穩定的運行。
上傳時間: 2013-07-26
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果園收獲作業機械化、自動化是廣大果農們關注的熱點問題,開展果樹采摘機器人研究,不僅對于適應市場需求、降低勞動強度、提高經濟效率有著一定的現實意義,而且對于跟蹤世界農業新技術、促進我國農業科技進步,加速農業現代化進程有著重大的歷史意義。 果樹采摘機器人是一個集環境感知、動態決策與規劃、行為控制與執行等多種功能于一體的綜合系統,它是由機械手固定在履帶式移動平臺上構成的一類特殊的移動機器人系統。本文在國家“863”高技術項目“果樹采摘機器人關鍵技術研究”支持下,以自行設計的機器人機械結構為研究對象,對果樹采摘機器人的控制系統進行了分析、研究和設計,設計了視覺伺服控制器,并對采摘機器人避障技術進行了探討。主要工作如下: 首先,分析了果樹采摘機器人機械結構,介紹了機器人運動學理論,根據自行設計的5自由度機械臂機械特性,采用幾何結構算法,建立了果樹采摘機器人機械臂的正、逆運動學方程。 其次,基于開放、先進和可靠的考慮,采用開放式結構設計機器人的控制系統。在開放式控制系統設計中,主要對果樹采摘機器人硬件組成部分主控計算機、運動控制器、數據采集卡等進行了選型設計。在分析果樹采摘機器人工作環境和工作特性的基礎上,設計了果樹采摘機器人的外圍傳感器。 再次,根據果樹采摘機器人機械結構和控制系統結構組成,設計了PID控制器,應用于機器人視覺伺服控制,實現果樹采摘機器人的實時控制。在詳細論述關節式機器人避障方法的基礎上,對果樹采摘機器人避障方法進行了初步的探討,提出了采用C—空間法實現采摘機器人實時避障。 最后,建立了傳感器實驗平臺,通過實驗驗證了所設計傳感器的正確性。利用固高PAN&TILT兩維數控轉臺和實地拍攝的蘋果圖像,對所提出的控制方法通過轉臺控制實驗進行了驗證。
上傳時間: 2013-08-05
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異步電動機直接轉矩控制技術是近年來發展起來的一種新型、高性能交流調速技術。它利用電壓源型逆變器的工作過程,控制定子磁鏈的走或停,即調整定子磁鏈與轉子磁鏈的夾角大小,從而對電機轉矩進行直接控制以獲得良好的動態性能。 論文首先探討了直接轉矩控制技術的現狀和發展趨勢,闡述了直接轉矩控制的基本原理,分析了常用的圓形磁鏈軌跡控制方法,詳細介紹了直接轉矩控制系統主要模塊的設計和實現。在分析交流異步電機動態數學模型、轉矩和磁鏈計算方程的基礎上,分析了直接轉矩控制的異步電動機在低速運行時存在轉矩脈動和轉速波動較大的問題。基于占空比控制和離散占空比控制的異步電動機直接轉矩控制方法,由電機電磁轉矩公式和合成電壓矢量理論推導了直接計算占空比的方法,在不影響系統各方面性能指標的情況下使降低轉矩脈動的計算量大大減少,方便了計算和使用。兩種方法均具有系統結構簡單、占空比計算量小等優點。研究結果驗證了這兩種方法的正確性和有效性。在第一種方法中加入了單神經元控制器,使系統的動靜態性能得到了提高。接著對利用空間電壓矢量調制的直接轉矩控制系統進行了研究。仿真結果表明此種方法能夠有效的降低轉矩脈動,使系統性能得到提高。 以TMS320F2812DSP為CPU搭建了直接轉矩控制硬件實驗平臺,調試了硬件電路。編寫了相關軟件流程圖和程序清單。
上傳時間: 2013-04-24
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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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有源電力濾波器(Active Power Filter,簡稱 APF)是近年來治理電力系統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,嚴重威脅電網和電氣設備的安全運行與正常使用,并且產生大量的能源浪費。隨著我國“十一五”規劃中關于建設節約型社會的戰略方針的提出,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,建立了兩種數學模型,指出三相三線制APF在實際供電系統中應用的局限性。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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基于現場總線的網絡技術研究是自動控制領域發展的一個熱點。在各種工業現場總線中,CAN總線以其成本低、速度快、實時性和可靠性較高等特點被廣泛應用于各領域。CIA(CAN in Automation)協會發布了完整的CANopen協議,定義了應用層和通訊子協議,為基于現場總線的分布式控制系統的廣泛應用提供了解決之道。 本文研究國內外現場總線發展現狀后,以改善現場總線網絡通訊系統的運行效率,提高實時性和信息處理能力為前提,淺析CAN總線高層通訊協議CANopen,分析了主、從節點的各個功能,說明了功能的設計和實現方案。 然后,本文將CANopen協議應用于分布式控制系統,詳細論述了基于PIC18控制器的從節點和基于DSP控制器的主節點的實現過程。主、從節點具有基于CANopen協議的總線通信功能。從節點具有數字量和模擬量輸入輸出功能。主節點可以通過鍵盤對各節點運行狀態和各節點參數進行調整,還可以通過液晶屏顯示實時控制量和各節點運行狀態。PC機能在線監測CAN報文數據流。本文對兩種類型節點的設計思想、硬件組成和軟件設計均做了詳盡的闡述,并給出了部分關鍵硬件原理圖和軟件流程圖。 最后,把已開發的從節點和主節點組成一個溫度測控系統和一個電機控制系統。經過實驗室測試,證明系統具有良好的實時性,通訊穩定可靠,解決了傳統CAN總線節點通訊可控性差,無法靈活設置的問題。對目前國內CAN總線應用中大多把精力放在硬件之上的底層軟件開發,少有使用上層軟件協議的習慣,起到了一定的推動意義,提高了應用水平。
上傳時間: 2013-04-24
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混合動力汽車采用內燃機和電機作為動力源,成為解決排污和能源問題最具現實意義的途徑之一,集成一體化起動/發電機(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和動力總成控制系統等方面的研究。 本文系統地分析了串聯式、并聯式以及混聯式混和動力汽車動力總成構型的優缺點,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,選擇了發動機、電機、電池等部件,接著根據性能指標,確定了發動機、電機、電池等部件參數匹配。 動力總成控制系統作為HEV控制系統的關鍵,主要負責對行駛需求功率的合理分配,保證HEV高效運行,使發動機燃油消耗和排放達到最優。動力總成控制系統的硬件采用了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的硬件系統。在充分利用DSP內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總成控制系統的控制性能,在MATIAB/Simulink環境下,以hdvisor為仿真平臺,依據系統的結構、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,設置仿真性能,汽車動力性、經濟性以及一些重要性能曲線的仿真結果。與同樣參數設置的傳統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。
上傳時間: 2013-07-08
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由于高頻PWM整流器可以提供正弦化低諧波的輸入電流,可控功率因數,及雙向能量流動,因此得到越來越廣泛的應用。網側單電感濾波會帶來一些問題,首先要想得到較好的濾波效果,必須增大電感值,這樣系統的動態性能會變差,而且成本增加。另外,整流器的功率比較大時,交流側的濾波的損耗也會增大。為了解決上述問題,本文研究了基于LCL濾波的高頻PWM整流器。在交流側應用LCL 濾波器可以減少電流中的高次諧波含量,并在同樣的諧波要求下,相對純電感型濾波器可以降低電感值的大小,提高系統的動態響應。 文章首先對高頻PWM整流器的工作原理做了詳細的介紹,并對基于L和LCL兩種不同的濾波器,分別在ABC靜止坐標系,αβ靜止坐標系和dq旋轉坐標系中建立了數學模型。文章中將L濾波的電壓型三相PWM整流器的控制方法應用于LCL濾波情況。基于dq軸模型,提出了雙閉環的控制策略,電流內環采用前饋解耦控制。為了提高電流的跟隨性能,按照典型Ⅰ型系統設計電流調節器。為了提高電壓環的抗干擾性,按照典型Ⅱ型系統設計電壓調節器。 文章還詳細討論了LCL濾波器帶來的諧振問題,以及參數設計方法,列出了實際系統LCL濾波器參數的設計步驟。文章在MATLAB/SIMULINK環境下建立了PWM整流器仿真模型對系統進行了仿真,按照文章提出的理論設計的仿真系統具有良好的動態和穩態性能。 文章最后基于TMS320LF2407A設計了整流器裝置的控制系統硬件和軟件,并得到了初步實驗結果,能滿足控制要求,從而驗證了控制方案的正確性。
上傳時間: 2013-07-01
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近年來,在電氣傳動領域中三電平變頻器得到了廣泛的應用。三電平逆變器拓撲結構的出現為高電壓、大功率變頻器的實現提供了一個有效的途徑。研究和開發三電平大功率變頻器,無論在技術上還是在實際應用上都有十分重要的意義。本文圍繞三電平大功率通用變頻器的實用化技術進行了深入分析和研究。 論文首先介紹了三電平逆變器主電路的拓撲結構、控制要求、基本原理、特性和PWM控制策略以及調試中存在的問題和相關的解決方法。 中點電位不平衡是三電平拓撲結構的一個固有問題。針對這一問題,本論文分析了中點電壓不平衡的根本原因,采用了一種基于滯環控制的電壓平衡控制方法。該方法根據負載電流方向的不同組合,通過調整小矢量的冗余狀態和作用時間,并充分考慮到中矢量對中點平衡的影響,動態調整兩個電容器上的電壓,同時,詳細地分析了當參考電壓矢量落到具有一種或兩種冗余小矢量的小三角形區間時開關狀態的選擇、開關序列的順序以及作用時間的分配。 基于載波的調制策略是三電平變頻器采用的主要調制方式之一。本論文對所采用的基于載波的調制策略,作了深入分析,得出了相應的諧波特性。基于諧波總含量,對調制特性的優劣進行了比較,同時得出了不同載波調制策略輸出電壓諧波含量與調制度變化的對應關系,并通過實驗和仿真對相關結果進行了驗證。 主電路和控制電路的硬件設計將直接影響到變頻器的運行性能。本論文介紹了在現場實際運行中變頻器的主回路及其控制回路的硬件設計,采用理論計算與實踐驗證相結合的方法得出器件相關參數,并且針對變頻器內外RCD緩沖電路在工作時所產生的電壓不平衡作了分析,詳細的給出了其緩沖吸收電路算法。 最后,把本文的部分研究結果應用于實際工業現場中,研制了690V/600kW的大功率中壓變頻器,給出了現場運行結果。運行結果表明該變頻器輸出波形良好,性能滿足要求。
上傳時間: 2013-08-04
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為了減小異步電機在起動過程中過高電流對電網的沖擊,消除傳統降壓起動對電器和機械設備的不利影響,提高電機的起動特性,本文基于電力電子技術對異步電機的軟起動進行了較為深刻的研究。 本文介紹并設計了一種基于PIC18F4550的新型的軟起動器。在功能上,除了具有一般的電壓斜坡軟起動和電流限流軟起動功能,還增加了專門針對泵類負載的轉矩閉環泵控軟起動模式。這種起動方式有效的降低了水泵起動和停止時造成的水錘,并減輕了管路系統的振蕩。同時,針對異步電動機軟起動過程中出現的電流、電磁轉矩以及轉速振蕩問題,分析了引起振蕩的影響因素及其產生原因,采用以電流關斷時刻為晶閘管觸發基準來抑制振蕩問題。 文章首先分析研究了異步電機的基本結構和工作原理,確定了軟起動器所采用的基本原理和控制方法。分析得出為改善泵類負載起動性能所采用的轉矩閉環泵控制策略以及為減小振蕩所采用的關斷角控制方法的可行性。 其次,本課題對傳統的軟起動器的改進進行了嘗試。采用Microchip公司的PIC18F4550芯片為控制核心。在此基礎上,詳細介紹了交流采樣電路、同步觸發電路以及通迅接口電路等硬件電路。軟件方面采用C語言和匯編語言混合編程實現模塊化程序的設計,在文中較為詳細地介紹了控制系統各部分軟件的設計思想和實現,其中包括主程序流程、各種起動方式的控制程序等。 在文章最后給出了基于MATLAB搭建的軟起動系統的仿真模型,仿真結果表明這種帶泵控制功能的軟起動器可以有效的減小電機起動過程中過高電流對電網的沖擊,優化了電機的起動性能。
上傳時間: 2013-06-13
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