直接轉矩控制技術(DTC)是繼矢量控制技術之后交流調速領域中新興的控制技術，它采用空間矢量分析的方法，直接在定子坐標系下計算并控制異步電機的轉矩和磁鏈，采用定子磁場定向，直接對逆變器的開關狀態進行最佳控制，從而能夠快速而準確地控制異步電動機的轉矩和磁鏈，以獲得轉矩的高動態性能。目前在高速離心機行業，普遍采用通用型變頻器，其通用性好，但參數較多，價格較貴，為了降低成本增強控制性能，本文利用直接轉矩控制技術的優點，采用直接轉矩控制策略設計并制作了針對高速離心機的專用變頻器。 本文介紹了異步電動機和逆變器的基本數學模型，分析了異步電機直接轉矩控制的基本原理，以及直接轉矩控制系統的基本組成，對直接轉矩控制系統進行了仿真研究，建立了基于MATLAB/Simulink的仿真系統，介紹了仿真模型的各組成部分，包括3/2變換、定子磁鏈、電機轉矩觀測模型、轉矩調節器、磁鏈調節器、扇區判斷、開關表選擇等，給出了系統加減負載和加減轉速仿真結果，仿真結果表明了其磁鏈軌跡近似為圓形，系統具有良好的動態和穩態性能，同時證明了建立的轉矩和磁鏈觀測模型以及控制算法的正確性和可行性。根據仿真實現方法以及結果的指導，設計并制作了整個系統的硬件電路，包括主電路(單相整流、濾波、制動電路、啟動限流電路、逆變電路)、控制電路(DSP、驅動隔離放大、采樣)并對各器件進行選型，給出了硬件各部分電路圖；最后介紹了系統的軟件流程以及各模塊的程序實現，系統的軟件部分采用C語言進行編程，實現了定子相電流的采樣、定子相電壓的計算、定子磁鏈的計算和開關信號的輸出等功能。在分別對硬件和軟件各部分進行調試后，進行了系統的聯合調試，以TMS320F2808作為控制器，在一臺功率為1.5KW的交流異步電機上實現了直接轉矩控制。
上傳時間： 2013-05-31
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近年來，多電平逆變器在高壓大容量電能變換中得到廣泛應用，而其控制策略和電路拓撲等已成為了研究熱點。相對傳統的兩電平逆變器，它具有效率高動態性能好，對電動機產生的諧波少，適合高壓大容量等優點。但隨著電平數的增加，基本控制算法越來越復雜，同時還存在中點電壓不平衡等問題。將DSP數字控制技術應用于多電平逆變器不僅簡化了系統的硬件控制電路，提高了系統性能，還可以實現系統的優化控制。 本文以二極管箝位式三電平逆變器為研究對象，首先介紹了三電平逆變器的拓撲結構和工作原理，對三電平逆變器的電路方程進行了深入的分析，在開關函數的基礎上建立了三電平逆變器的數學模型。在此基礎上，對空間電壓矢量脈寬調制（SVPWM）算法進行了改進，并詳細推導了該調制算法的計算公式，結合中點電位控制來確定開關矢量的作用順序，使仿真和實現都比較容易。然后重點分析了三電平逆變器直流側電容電壓不平衡問題產生的原因，提出了一種能控制逆變器直流側電容中點電位平衡的電壓空間矢量脈寬調制方法。最后采用MATLAB仿真軟件對所推導的三電平逆變器SVPWM調制算法和中點電位平衡控制方法進行了仿真分析，證明了該調制算法的正確性和可行性。
上傳時間： 2013-05-20
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近年來，光伏發電技術取得了長足的進步，太陽能已經成為當今能源的一個重要補充。光伏并網發電是太陽能大規模利用的必然趨勢。本文以光伏并網發電系統的核心設備并網逆變器為研究對象，首先給出了單相光伏并網逆變器的詳細的硬件設計過程，然后對光伏陣列的最大功能點跟蹤、逆變器的特性及控制方法、并網系統的人機交互子系統等進行了深入的研究。 并網逆變器的硬件設計是整個系統的基礎和難點之一。本文設計了1套額定功率為3KW的兩級式光伏并網逆變器，采用F2812DSP作為系統的控制核心。文章對整個硬件的設計過程和電路原理進行了詳細分析。 為提高系統效率，光伏陣列都要求工作在最大功率點處。本文在分析了各種MPPT方法的優缺點的基礎上，提出了基于移相全橋電路的電導增量法，給出了整個算法在DSP中的實現過程。 并網逆變器輸出級的跟蹤控制技術是系統設計的關鍵點之一。本文詳細分析了逆變器輸出級的電路工作模式和數學模型，深入分析了T型輸出濾波器的原理及電網電壓對輸出電流的影響，提出了基于前饋補償的數字PI控制，并給出了其在DSP中的實現過程。 為完成對并網系統的監控和設置，設計了人機交互子系統，該系統是一個小型嵌入式系統，用MODBUS協議實現了子系統和控制系統的通信。本文詳細分析了整個子系統的軟硬件設計過程。 最后，對整個系統進行了實驗驗證，結果表明了系統方案的可行性，系統實現了穩定可靠運行。
上傳時間： 2013-05-26
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隨著太陽能發電技術的日益成熟，太陽能的發電應用在世界范圍內得以迅速推廣。因此，太陽能光伏發電系統設計的作用越來越被人們所重視。 在現階段，光伏發電系統的設計主要以系統工程師的設計為主，很少有計算機輔助的成分，因此設計出的方案帶有較大的主觀性和不確定性。由于光伏發電系統的設計過程中涉及到的數據量很大，所以工程師在設計過程中難免會忽略甚至錯誤地計算某些數據，從而導致部分資源沒能得到合理地利用。如果能將計算機輔助設計融入到光伏發電系統的設計中來，一是可以大量節省光伏系統設計的時間，二是可以確保設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。 國外目前應用的光伏系統設計相關軟件主要有：德國西門子的PVDesigner，瑞士的PVSyst，加拿大的RETScreen，德國的PVSOL等。而國內在光伏系統設計方面的軟件產品幾乎為空白，因此開發一款適合在國內使用的光伏系統輔助設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，并具有廣闊的發展前景，對發展國內光伏發電系統具有深遠的意義，同時具備應用和研究價值。筆者建立了光伏發電系統輻射量計算的數學模型，并根據數學模型應用Visual C＃開發出適用于Windows平臺的光伏系統輔助設計軟件。該設計軟件除了能進行一般的數據計算之外，更重要的是能自動地求出太陽電池組件、逆變器數目以及它們各自的串并聯數目，為光伏發電系統的設計者解決設計中最為困難的問題，省去設計者大量的重復而復雜的分析和計算，為光伏發電系統的應用打開一扇方便之門。而通過實例驗證，筆者設計的光伏系統輔助設計軟件可為光伏發電系統提供較為合理的配置方案。
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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電壓空間矢量脈沖寬度調制技術是一種性能優越、易于數字化實現的脈沖寬度調制方案。在常規SVPWM算法中，判定等效電壓空間矢量所處扇區位置時需要進行坐標旋轉和反正切三角函數的運算，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的運算，這些復雜計算不可避免地會產生大量計算誤差，對高精度實時控制產生不可忽視的影響，而且這些復雜運算的計算量大，對系統的處理速度要求高，程序設計復雜，系統運行時間長，占用系統資源多。因此，從工程實際應用的角度出發，需要對常規SVPWM算法進行優化設計。 本文提出的優化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中點的方法，達到降低三相橋式逆變電路中開關器件開關損耗的目的。SVPWM算法要求高速的數據處理能力，傳統的MCU、DSP都難以滿足其要求，而具有高速數據處理能力的FPGA/CPLD則可以很好的實現SVPWM的控制功能，在實時性、靈活性等方面有著MCU、DSP無法比擬的優越性。本文利用MATLAB/Simulink軟件對優化的SVPWM系統原型進行建模和仿真，當仿真效果達到SVPWM系統控制要求后，在XilinxISE環境下采用硬件描述語言設計輸入方法與原理圖設計輸入方法相結合的混合設計輸入方法進行FPGA/CPLD的電路設計與輸入，建立相同功能的SVPWM系統模型，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優化設計方案的可行性和有效性。
上傳時間： 2013-06-27
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雙向DC/DC變換器（Bi-directionalDC/DCconverters）是能夠根據需要調節能量雙向傳輸的直流/直流變換器。隨著科技的發展，雙向DC/DC變換器的應用需求越來越多，正逐步應用到無軌電車、地鐵、列車、電動車等直流電機驅動系統，直流不間斷電源系統，航天電源等場合。一方面，雙向DC/DC變換器為這些系統提供能量，另一方面，又使可回收能量反向給供電端充電，從而節約能量。 大多數雙向DC/DC變換器采用復雜的輔助網絡來實現軟開關技術，本文所研究的Buck/Boost雙向的DC/DC變換器從拓撲上解決器件軟開關的問題；由于Buck/Boost雙向DC/DC變換器的電流紋波較大，這會帶來嚴重的電磁干擾，本文結合Buck/Boost雙向DC/DC變換器拓撲與磁耦合技術使電感電流紋波減小；由于在同一頻率下不同負載時電流紋波不同，本文在控制時根據負載改變PWM頻率，從而使輕載時的電流紋波均較小。 本文所研究的雙向DC/DC變換器采用DSP處理器進行控制，其原因在于：目前沒有專門用于控制該Buck/Boost雙向DC/DC變換器的控制芯片，而DSP具有多路的高分辨率PWM，通過對DSP寄存器的配置可以實現Buck/Boost雙向DC/DC變換器的控制PWM；DSP具有多路高速的A/D轉換接口，并可以通過配合PWM完成對反饋采樣，具備一定的濾波功能。 本文所研究的數字雙向DC/DC變換器實現了在Buck模式下功率MOSFET的零電壓開通及零電壓關斷，電感電流的交迭使其電感輸出端電流紋波明顯變小，輕載時PWM頻率的提升也使得電流紋波變小。
上傳時間： 2013-06-08
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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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隨著市場經濟和現代化工業的發展，能源短缺和環境污染，已經成為制約人類社會健康發展的兩大重要因素。新能源的開發與利用愈來愈受到重視，太陽能以其清潔環保、蘊藏豐富等優點逐步得到了開發利用。光伏逆變電源作為太陽能利用中主要的能量變換裝置，是目前研究和發展的重要環節。 本課題研究的是可并網三相光伏逆變電源，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，設計中使用了SPWM技術、SVPWM技術、內高頻環技術、DSP數字控制技術和數字鎖相環技術等前沿實用技術。 直流DC—DC變換器采用內高頻環技術，既實現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，本文所涉及的內容為本系統的DC—AC逆變電源部分，本論文的主要內容如下： 首先，分析了幾種DC—AC逆變器的主電路拓撲結構，根據其優缺點與實際應用需要，選擇三相四橋臂結構作為本文主電路結構，滿足了電網負載的不平衡性。在選擇了三相四橋臂結構的基礎上，選取兩種最新的SVM控制方法：基于三態滯環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分析比較，根據實用性原則，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字化實現，既控制了電路體積，又大大提高了系統的安全性與可靠性。設計了本系統的控制電路、驅動電路、緩沖電路、保護電路、濾波器電路等系統電路，本系統所有硬件電路均設計完畢。為了驗證設計的正確性，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，設計電路都能達到系統設計要求。 隨后，簡單介紹了DSP編程環境CCS。詳細分析了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，給出系統仿真，分析了重點模塊，得到了仿真結果。 關鍵詞：光伏并網電源、空間矢量脈寬調制、內高頻環、三相四橋臂
上傳時間： 2013-05-19
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多電平逆變器中每個功率器件承受的電壓相對較低，因此可以用低耐壓功率器件實現高壓大容量逆變器，且采用多電平變換技術可以顯著提高逆變器輸出電壓的質量指標。因此，隨著功率器件的不斷發展，采用多電平變換技術將成為實現高壓大容量逆變器的重要途徑和方法。本文選取其中一種極具優勢的多電平拓撲結構一級聯多電平變頻器作為研究對象，完成了其拓撲結構、控制策略及測控系統的設計。 @@ 首先，對多電平變頻器的研究意義，國內外現狀進行了分析，比較了三種成熟拓撲結構的特點，得出了級聯型多電平變頻器的優點，從而將其作為研究對象。對比分析了四種調制策略，確定載波移相二重化的調制方法和恒壓頻比的控制策略，進行數學分析和理論仿真，得出了選擇的正確性及可行性。并指出了級聯單元個數與載波移相角的關系和調制比對輸出電壓的影響；完成了級聯變頻器數學模型的建立和死區效應的分析。 @@ 其次，完成了相關硬件的設計，包括DSP、CPLD、IPM的選型，系統電源的設計、檢測(轉速、電流、電壓、故障)電路的設計、通信電路的設計等。用Labwindows/CVI實現了上位機界面的編寫，實現了開關機、設定轉速、通信配置、電壓電流轉速檢測、電流軟件濾波、諧波分析。編寫了下位機DSP的串口通信、AD轉換、轉速檢測(QEP)以及部分控制程序。 @@ 最后，在實驗臺上完成硬件和軟件的調試，成功的實現了變頻器載波移相SPWM的多電平輸出，并驅動異步電機進行了空載變頻試驗，測控界面能準確的與下位機進行通信，快捷的給定各種控制命令，并能實時的顯示變頻器的輸出頻率、輸出電壓和輸出電流，為實驗調試增加了方便性，提高了工作效率。 @@關鍵詞：級聯多電平逆變器；載波移相；IPM；DSP；Labwindows/CVI；測控界面
上傳時間： 2013-04-24
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