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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隨著電力電子技術的發展，交流電源系統的電能質量問題受到越來越多的關注。傳統的整流環節廣泛采用二極管不控整流和晶閘管相控整流電路，向電網注入了大量的諧波及無功，造成了嚴重的污染。提高電網側功率因數以及降低輸入電流諧波成為一個研究熱點。功率因數校正技術是減小用電設備對電網造成的諧波污染，提高功率因數的一項有力措施。本文所做的主要工作包括以下幾部分： 1.分析了單位功率因數三相橋式整流的工作原理，這種整流拓撲從工作原理上可以分成兩部分：功率因數補償網絡和常規整流網絡。在此基礎上，為整流電路建立了精確的數學模型。 2.這種單位功率因數三相橋式整流的輸入電感是在額定負載下計算出的，當負載發生變化時，其功率因數會降低。針對這種情況，提出了一種新的控制方法。常規整流網絡向電網注入的諧波可以由功率因數補償網絡進行補償，所以輸入功率因數相應提高。負載消耗的有功由電網提供，補償網絡既不消耗有功也不提供任何有功。根據功率平衡理論，可以確定參考補償電流。雙向開關的導通和關斷由滯環電流控制確定。在這一方法的控制下，雙向開關工作在高頻下，因此輸入電感值相應降低。仿真和實驗結果都表明：新的控制方法下，負載變化時，輸入電流仍接近于正弦，功率因數接近1。 3.根據IEEE-519標準對諧波電流畸變率的要求，為單位功率因數三相橋式整流提出了另一種控制方法。該方法綜合考慮單次諧波電流畸變率、總諧波畸變率、功率因數、有功消耗等性能指標，并進行優化，推導出最優電流補償增益和相移。將三相負載電流通過具有最優電流補償增益和相移的電流補償濾波器，得到補償后期望的電網電流，驅動雙向開關導通和關斷。仿真和實驗都收到了滿意的效果，使這一整流橋可以工作在較寬的負載范圍內。 4.單位功率因數三相橋式整流中直流側電容電壓隨負載的波動而波動，為提高其動、靜態性能，將簡單自適應控制應用到了直流側電容電壓的控制中，并提出利用改進的二次型性能指標修改自適應參數的方法，可以在實現對參考模型跟蹤的同時又不使控制增量過大，與常規的PI型簡單自適應控制相比在適應律的計算中引入了控制量的增量和狀態誤差在k及k+1時刻的采樣值。利用該方法為直流側電壓設計了控制器，并進行了仿真與實驗研究，結果表明與PI型適應律相比，新的控制器能提高系統的動態響應性能，負載變化時系統的魯棒性更強。
上傳時間： 2013-06-15
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人臉檢測和定位是在圖像中進行人臉檢測,以及確定圖像中人臉的位置、大小、個數等信息,最初作為自動人臉識別系統的定位環節被提出,近年來由于其在安全訪問、智能監測、虛擬現實、基于內容的檢索和新一代人機界面等領域的應用需求,作為一個獨立的課題也備受研究者的重視。 論文針對人臉檢測定位和識別技術在智能視頻監控系統的特殊應用,進行人臉檢測和定位算法研究,并將這些算法通過DSP進行實現。論文工作如下： 1.本文針對人臉檢測和定位問題,提出了基于YUV色彩空間的膚色檢測的改進算法,通過在YUV空間對人臉膚色的聚類分析,建立了YUV膚色模型。仿真結果表明,該模型可以有效地檢測到圖像中的膚色區域,為人臉的粗定位奠定了基礎。 2.針對圖像中膚色不一定是人臉的問題,在人臉檢測時,利用膚色確定候選區域,再利用一些規則對人臉候選區域進行判別或合并。針對圖像只中存在一個人臉的情況,采用改進的坐標軸投影方法進行單個人臉的檢測定位；針對圖像中存在多個人臉的情況,利用改進的區域標定算法進行多個人臉的檢測定位,使得算法能夠完成單人臉檢測和多人臉的檢測定位,仿真結果表明了算法的有效性。 3.論文提出了通過DSP圖像處理系統實現以上算法的過程,首先在MATLAB環境研究算法,然后進行算法的DSP移植,采用了有利于DSP處理的圖像存儲格式和算法結構,改善了算法的實時性。實際測試結果表明了算法在DSP上實現的正確性和可行性。 基于DSP的人臉檢測和定位算法的實現,對監控系統的智能化發展具有重要的實際意義。
上傳時間： 2013-05-22
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勵磁系統是電力系統控制的重要組成部分，它直接影響著發電機的運行可靠性、經濟性和電力系統運行的穩定性。勵磁系統性能的優化與控制策略的研究，對發電機乃至整個電力系統的安全運行具有決定性的意義。 本文針對300MW同步發電機的技術特點，全面論述了勵磁系統主電路拓撲及輔助電路的工作原理。為提高勵磁系統的控制精度與實時性，本文以16位DSP為控制核心，對勵磁調節單元軟硬件的實現進行研究，以滿足發電機在不同運行工況下對勵磁系統控制性能的要求。 其次，本文在詳細闡述PID+PSS控制和線性最優勵磁控制理論的基礎上，客觀分析了兩種控制方式的優點與不足，綜合二者的優點引出了綜合勵磁控制的研究方法并在微機上成功實現。通過實驗發現，綜合勵磁控制器的性能更優越，其提高了勵磁系統的控制精度，改善了機組運行的穩定性。同時針對單參量PSS存在反調的不足，進行了算法改進，給出了加速功率型PSS的數學推理與軟件實現；根據機組的運行結果可知，該算法的改進不僅解決了傳統PSS的反調問題，而且優化了PSS抑制低頻振蕩的性能。 最后，本文利用發電機park微分方程，推導了發電機起勵與滅磁的數學方程。在Matlab/Simulink仿真環境下，建立了起勵與滅磁的仿真模型。給出了發電機自并起勵、他勵起勵和故障滅磁的仿真結果，并對結果進行客觀地分析，得出了有用的結論。
上傳時間： 2013-04-24
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電力電子系統的集成化是現今電力電子技術發展的趨勢，系統的模塊化和標準化技術是目前電力電子領域的重要研究方向。研究基于電力電子網絡的變流系統，對復雜電力電子裝置的系統級集成具有重要意義，是電力電子系統集成技術的基本組成部分。本文從變流系統的功率流和信息流雙重分布性的角度出發。對電力電子系統網絡（Power Electronics System Network，PES—Net）的模型和變流系統的通信需求進行分析，提出實時電力電子系統網絡（Real—time power electronics system network，RT—PES—Net）；并對基于新網絡的分布式控制及管理方案和模塊化軟件方案等內容進行系統的研究，提出基于棧操作的實時軟件構建方案。本文的研究將為變流系統的控制結構和軟件方案標準化提供參考和理論依據，為應用系統的集成提供解決方案。 復雜中大功率變流系統是網絡化分布式控制系統的應用對象。首先，論文以復雜系統為研究對象，分析了應用系統的功率流和信息流在空間結構上的對偶關系和雙重分布的特性；在電力電子集成模塊（Power Electronics Building Blocks，PEBB）的基礎上，研究了變流系統的網絡化分布式控制方案，并得出系統組構的初步構想，總結出適合復雜電力電子系統集成的標準化理論。 接著，論文對電力電子網絡模型進行了研究。分析了現有各類總線網絡和目前用于電力電子應用系統的網絡，從結構、速率和協議等各個方面將兩類網絡進行了系統的對比。明確了電力電子系統網絡（PES—Net）的定義，分析并總結復雜電力電子實時系統所需網絡必需具備的條件。根據現有網絡技術背景，綜合控制結構和網絡需求，提出了電力電子系統網絡（PES—Net）的模型。 為滿足變流系統的實時控制，論文對分布式控制結構的通信需求進行了研究。以網絡控制系統（Networked Control System，NCS）為背景，對變流器系統控制信息延時因素進行了分析；通過對典型電力電予系統的分析，歸納和總結了系統的控制功能和控制內容，對系統不同層次的控制任務進行了響應時間需求分析和網絡的分層配置；通過對仿真結果的分析，研究了應用系統內模塊控制信息延時對不同應用系統的性能影響和對開關頻率的限制。根據變流系統對控制延時的接受程度，將電力電子復雜系統歸為兩大類：1）零延時系統；2）定延時系統。針對上述兩類系統，論文給出了電力電子網絡（PES—Net）的通道容量和應用系統開關周期的計算方法。 論文對開放式、分布式的電力電子系統網絡（PES—Net）的硬件組成和同步方案進行了研究，提出新的實時網絡和系統級集成方案。根據主節點和從節點的控制任務需求，分別從功能和系統結構的角度對開放式網絡的硬件構成進行研究；根據控制系統的接口需求分析，對節點的通用性設計進行重點討論。針對網絡的同步問題，本文分析了簡單有效的解決方法，即基于數據結構的同步補償方案；此外，論文提出基于實時高速電力電子系統同絡（RT-PES-Net）的同步方案，研究適合變流器實時控制的網絡結構和相應的硬件配置。根據應用控制和通信系統所需的各種操作，論文對實時網絡的管理進行了討論，研究了信息幀管理和相應的硬件設置，并對各種工作模式下所需的通信時間進行了計算和比較。基于實時網絡系統及其管理方案，論文給出了組構以PEBB為基礎的變流系統的方案。 論文對基于RT-PES-Net的模塊化軟件方案進行了研究。首先，將控制軟件與功率硬件進行解耦，使得軟件設計與硬件部分分離。在分析電力電子軟件特性的前提下，論文提出基于棧操作的模塊化軟件方案，增加子程序實時構件的內聚性；對軟件模塊化的通用性進行研究，分析模塊接口參數和變量的申明和配置，并研究參數的定標，對構件進行分類；分析子程序實時構件在執行速度上的優點。論文對電力電子系統控制軟件（Powerr Electronics System Control Software，PES-CS）的組構和集成進行研究，簡化軟件主框架。 最后，論文分別對RT-PES-Net和模塊化軟件方案進行了相應的實驗研究和分析。論文對提出的實時電力電子系統網絡（RT-PES-Net）進行了通信實驗，將新網絡拓撲對變流系統的延時影響與舊網絡系統的延時影響進行比較，總結新網絡系統在控制實時性、提高開關頻率、網絡可擴展性和管理靈活度等方面的優勢。論文針對RT-PES-Net進行應用研究，驗證該網絡可解決網絡通信失步所造成的問題。論文對基于通用型實時構件和棧操作的模塊化軟件方案進行實驗驗證，為標準化軟件庫的建立和系統級集成提供參考方案。 網絡化的控制結構研究是復雜電力電子系統級集成研究的關鍵。本課題針對復雜變流系統提出了實時電力電子系統網絡（RT-PES-Net），并以該網絡為基礎對分布式控制結構及相應的網絡化管理方案和模塊化軟件方案展開一系列研究，為電力電子控制系統提供標準化、開放式的網絡參考體系，并以此結構來快速構建終端復雜變流系統，為實現標準的應用系統組構提供參考方案，有助于解決電力電子標準化推廣所面臨的難題。論文為應用系統的即插即用和動態重構提供了研究基礎，從而為最終實現復雜變流器的應用系統級集成提供系統化的理論和方法依據。同時，論文的研究開拓了電力電子系統集成和標準化研究的一個新方向。
上傳時間： 2013-06-15
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隨著全球能源危機和環境污染問題的日益嚴重，開發利用清潔的可再生能源勢在必行。太陽能是當前世界上最清潔、最現實、大規模開發利用最有前景的可再生能源之一。其中太陽能光伏利用受到世界各國的普遍關注，而太陽能光伏并網發電是太陽能光伏利用的主要發展趨勢，必將得到快速的發展。此外，高性能的數字信號處理芯片(DSP)的出現，使得一些先進的控制策略應用于光伏并網逆變器成為可能。本論文就是在此背景下，對太陽能并網發電系統中的核心器件并網逆變器進行了較為深入的研究，具有重要的現實意義。 太陽能光伏并網發電系統的兩個核心部分是太陽能電池板的最大功率點跟蹤(MPPT)控制和光伏并網逆變控制。 首先，本文對太陽能電池的工作原理及工作特性進行介紹，詳細分析太陽能電池工作的等效電路和數學模型。 其次，本文對幾種傳統的最大功率點跟蹤(MPPT)控制算法進行了研究、分析和比較，提出各自優缺點。基于最大功率跟蹤過程的快速性和穩定性，設計采用改進的間歇掃描法來實現光伏發電系統中太陽能電池的最大功率輸出，以提高系統的性能和最大功率點跟蹤速度。 再次，針對既可獨立運行又可并網運行的單相光伏逆變器，本文采用有效值外環、瞬時值內環的控制方法，既保證了逆變器輸出的靜態誤差為零，又保證了逆變器良好的輸出波形。給出了同時滿足獨立和并網兩種運行模式的輸出濾波器結構和元件參數的計算過程，并通過仿真和實驗驗證了設計的合理性。 隨后，詳細討論了并網過程中的軟件鎖相環技術，對鎖相環電路的組成、工作原理進行了研究，實驗結果表明此方法可靠有效，能使逆變器輸出電流與電網電壓完全同相，達到功率因數為1的目的。 最后，采用TI公司的TMS320LF2407A作為主控芯片，研制完成1.5kW實驗樣機，分別得出了獨立運行和并網運行時的實驗結果，結果表明，所采用的控制策略和設計的硬件電路能夠滿足設計要求，系統可安全、穩定運行。
上傳時間： 2013-05-18
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超聲波電源廣泛應用于超聲波加工、診斷、清洗等領域，其負載超聲波換能器是一種將超音頻的電能轉變為機械振動的器件。由于超聲換能器是一種容性負載，因此換能器與發生器之間需要進行阻抗匹配才能工作在最佳狀態。串聯匹配能夠有效濾除開關型電源輸出方波存在的高次諧波成分，因此應用較為廣泛。但是環境溫度或元件老化等原因會導致換能器的諧振頻率發生漂移，使諧振系統失諧。傳統的解決辦法就是頻率跟蹤，但是頻率跟蹤只能保證系統整體電壓電流同頻同相，由于工作頻率改變了而匹配電感不變，此時換能器內部動態支路工作在非諧振狀態，導致換能器功率損耗和發熱，致使輸出能量大幅度下降甚至停振，在實際應用中受到限制。所以，在跟蹤諧振點調節逆變器開關頻率的同時應改變匹配電感才能使諧振系統工作在最高效能狀態。針對按固定諧振點匹配超聲波換能器電感參數存在的缺點，本文應用耦合振蕩法對換能器的匹配電感和耦合頻率之間的關系建立數學模型，證實了匹配電感隨諧振頻率變化的規律。給出利用這一模型與耦合工作頻率之間的關系動態選擇換能器匹配電感的方法。經過分析比較，選擇了基于磁通控制原理的可控電抗器作為匹配電感，通過改變電抗控制度調節電抗值。并給出了實現這一方案的電路原理和控制方法。最后本文以DSP TMS320F2812為核心設計出實現這一原理的超聲波逆變電源。實驗結果表明基于磁通控制的可控電抗器可以實現電抗值隨電抗控制度線性無級可調，由于該電抗器輸出正弦波，理論上沒有諧波污染。具體采用復合控制策略，穩態時，換能器工作在DPLL鎖定頻率上；動態時，逐步修改匹配電抗大小，搜索輸出電流的最大值，再結合DPLL鎖定該頻率。配合PS-PWM可實現功率連續可調。該超聲波換能系統能夠有效的跟隨最大電流輸出頻率，即使頻率發生漂移系統仍能保持工作在最佳狀態，具有實際應用價值。
上傳時間： 2013-04-24
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近年來隨著能源短缺和供電設備對供電電源的性能和可靠性要求的提高，逆變電源并聯運行技術得到了大力發展。在逆變電源并聯技術中，最重要的是如何限制模塊間的環流，并使并聯模塊最終達到同步運行。傳統方法被證明已經不能滿足要求，隨著DSP數字信號處理器運算速度越來越快，將DSP應用到逆變電源并聯系統中已經成為一種趨勢。本文在比較了國內外的并聯系統控制策略的基礎上，提出了將工業自動化領域熱門的現場CAN總線技術引用到系統中，實現了真正的分布式控制和并聯逆變電源系統的智能化，提高了實際運行中系統的可靠性。在研究和分析了單臺三相逆變電源的數學模型的基礎上，設計了基于SVPWM調制和電壓閉環反饋控制的三相逆變電源，作為并聯系統的基礎。在并聯運行技術的研究中，重點分析了并聯系統的環流特性，電壓特性和功率特性，提出了一種基于CAN總線的功率均分控制策略。仿真結果證明，這種方法對于環流的抑制和并聯模塊的同步運行是行之有效的。針對并聯逆變電源系統，本文設計了CAN總線的接口電路和相應的通信模塊，并在DSP上實現，確保了在并聯運行過程中數據傳輸的完整性和實時性。最后在TMS320LF2407平臺上，給出了逆變器控制和并聯相關的硬件電路和軟件流程圖，并用MATLAB對本文涉及到的關鍵算法進行了仿真分析，給出了相應的波形。
上傳時間： 2013-06-08
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工業生產過程中，時滯對象普遍存在，同時也是較難控制的，尤其是大時滯對象的控制一直都是一個難題。而很多溫度控制系統都是屬于大時滯系統，常見的智能溫度控制器雖然在溫度控制的實際應用中表現了比較理想的控制效果，但它仍然屬于將參數整定與系統控制分開處理的離線整定方法，如果工況發生變化就必須重新調整參數。針對這一問題，為了實現時滯系統參數自整定的控制，本文將神經網路控制、模糊控制和PID控制結合起來，設計了基于神經網路的模糊自適應PID控制器。 首先，本論文分析了時滯系統的特點，討論了幾種時滯系統較為成熟的常規控制算法：微分先行控制算法、史密斯預估控制算法、大林控制算法，并深入研究了它們的控制性能；并且通過仿真對這三種控制方法在溫控系統中的控制性能進行了比較。 其次，在分析PID參數自整定傳統方法的基礎上，設計了一種改進方法，并設計了相應的控制器。該控制器綜合了模糊控制、神經網絡控制和PID控制各自的長處，既具備了模糊控制簡單有效的控制作用以及較強的邏輯推理功能，也具備了神經網絡的自適應、自學習的能力，同時也具備了傳統PID控制的廣泛適應性。該方法不需要離線整定參數，實現了在線自整定參數。仿真實驗表明了該控制器對模型和環境都具有較好的適應能力和較強的魯棒性。 最后將基于神經網路的模糊自適應PID控制器應用于貝加萊PID溫控裝置，能夠出色地實現參數的在線自整定。理論分析、系統仿真、實驗結果都證實了這種控制策略能有效地減少系統超調量，并減少了調節時間，提高了系統的實時性和控制精度。
上傳時間： 2013-07-05
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在實際應用中，對永磁同步電機控制精度的要求越來越高。尤其是在機器人、航空航天、精密電子儀器等對電機性能要求較高的領域，系統的快速性、穩定性和魯棒性能好壞成為決定永磁同步電機性能優劣的重要指標。傳統電機系統通常采用PID控制，其本質上是一種線性控制，若被控對象具有非線性特性或有參變量發生變化，會使得線性常參數的PID控制器無法保持設計時的性能指標；在確定PID參數的過程中，參數整定值是具有一定局域性的優化值，并不是全局最優值。實際電機系統具有非線性、參數時變及建模過程復雜等特點，因此常規PID控制難以從根本上解決動態品質與穩態精度的矛盾。永磁同步電機是典型的多變量、參數時變的非線性控制對象。先進控制方法(諸如智能控制、優化算法等)研究應用的發展與深入，為控制復雜的永磁同步電機系統開辟了嶄新的途徑。由于先進控制方法擺脫了對控制對象模型的依賴，能夠在處理不精確性和不確定性問題中有可處理性、魯棒性，因而將其引入永磁同步電機控制已成為一個必然的趨勢。本文根據系統實現目標的不同，選取相應的先進控制方法，并與PID控制相結合，對永磁同步電機各方面性能進行有針對性的優化，最終使其控制精度得到顯著的提高。為達到對永磁同步電機進行性能優化的研究目的，文中首先探討了正弦波永磁同步電機和方波永磁同步電機的運行特點及控制機理，通過建立數學模型，對相應的控制系統進行了整體分析。針對永磁同步電機非線性、強耦合的特點，設計了矢量控制方式下的永磁同步電機閉環反饋控制系統。結合常規PID控制，將模糊控制、遺傳算法、神經網絡和人工免疫等多種先進控制方法應用于永磁同步電機調速系統、伺服系統和同步傳動系統的控制器設計中，以滿足不同控制系統對電機動、靜態性能的要求以及對調速性能或跟隨性能的側重。實驗結果表明，采用先進控制方法的永磁同步電機具有較好的動態性能、抗擾動能力以及較強的魯棒性能；與傳統PID控制相比，系統的控制精度得到了明顯提高。研究結果驗證了先進控制方法應用于永磁同步電機性能優化的有效性和實用性。
上傳時間： 2013-04-24
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