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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近年來,由于能源危機和環境污染,世界各國均在投巨資發展燃料電池汽車。雙向DC/DC變換器作為燃料電池汽車的中重要部件,需要隨著行駛狀態的改變,頻繁地切換其工作狀態,其動態性能好壞,直接決定汽車動力系統的響應速度。本文主要致力于對DC/DC變換器在不同控制策略下的動態性能進行研究,并在保證其穩態性能的前提下提高系統動態性能。 本文首先研究了線性控制策略下DC/DC變換器的動態性能。介紹了閉環控制系統在頻域和時域的動態性能指標以及二者之間的關系。當系統受到外部干擾較小時,采用頻域分析方法,對Buck和Boost變換器進行了小信號建模,并對其在不同線性補償網絡控制作用下的動態性能進行對比分析。當系統受到較大干擾時,采用時域分析方法,文中介紹了DC/DC變換器大信號建模方法,并對PID參數在工程上整定方法加以分析。 DC/DC變換器是一非線性系統,應用線性控制策略不可避免地存在一定局限性—動態性能和穩態性能之間的矛盾。針對這一問題,引入了模糊—PI控制,將其應用于DC/DC變換器,以在保持系統穩態性能不變的前提下,提高其動態性能。以Buck DC/DC變換器為例,詳細介紹了模糊-PI控制器的設計過程,并對設計的閉環控制系統用MATLAB進行建模與仿真。最后,通過實驗對比驗證了模糊—PI控制的有效性。 和線性控制策略相比,模糊—PI控制在一定程度上提高了系統的動態性能,但效果有限。本文引入了另一種非線性控制策略——滑模控制策略。滑模控制策略是目前動態性能最好的控制策略之一,可以極佳地發揮系統的硬件潛能。 本文首先介紹了滑模控制相關知識,推導了其應用于Buck和Boost變換器的理論基礎。設計出針對不同被控對象和工作狀態的控制策略,對每種控制策略通過仿真分析驗證其有效性。就滑模控制存在的靜差問題、抖振問題和變頻問題均提出了行之有效的解決方案。快速響應特性
上傳時間: 2013-08-01
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該系統是一款磁卡閱讀存儲器,根據用戶要求解決了普通閱讀器只能實時連接計算機,不能單獨使用的問題。而且針對作為特殊用途的磁卡,要求三道磁道都記錄數據,并且第三磁道記錄格式與標準規定的記錄格式不同時,系統配套的應用程序對其做了正確譯碼、顯示。 @@ 整個系統包括單片機控制的閱讀存儲器硬件部分,和配套使用的計算機界面應用程序軟件部分。其中硬件電路包括磁條譯碼芯片、外部存儲器芯片、串口電平轉換芯片等等,所有的工作過程都是由單片機控制。我們這里選用紫外線擦除的87C52單片機,電路使用的集成電路芯片都是采用SMT封裝器件,極大縮小了讀存器的體積,使用簡單,攜帶方便。 @@ 磁條譯碼芯片采用的是中青科技有限公司出品的M3-230.LQ F/2F解碼器集成電路。該IC實現了磁信號到電信號的轉換。外部存儲器則是使用的8K Bytes的24LC65集成芯片,擴展8片,總容量達到8×8K。 @@ MAXIM公司出品的MAX232實現了單片機TTL電平到RS232接口電平的轉換,從而與計算機串口實現硬件連接。 @@ 計算機界面顯示程序采用當今使用最廣的面向對象編程語言Visual Basic 6.0版本(以后簡稱VB),并且使用VB帶有的串口通信控件MScomm,通過設置其屬性,使其和下位機單片機協議保持一致,進而進行正確的串口通信。關于磁道上數據記錄的譯碼,則是通過對每條磁道上數據記錄進行多次實驗,認真分析,進而得到了各條磁道各自的編碼規則,按照其規則對其譯碼顯示。這部分程序也是通過VB編程語言實現的。另外,計算機應用程序部分還實現了對下位機讀存器的擦除控制。 @@關鍵詞:磁卡,閱讀存儲器,單片機,串口通信,track3數據譯碼
上傳時間: 2013-08-05
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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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隨著電力電子技術的發展,高壓換流設備在工業應用中日益廣泛。其核心元件晶閘管(SCR)的電壓與電流越來越高(已達到10KV/10KA以上),應用場合要求也越來越高。在國際上,晶閘管的光控技術發展日益成熟。根據對國內晶閘管技術發展前景和需求的展望,本文采用自供電驅動技術與光控技術相結合,研發光控自供電晶閘管驅動控制板,然后與晶閘管本體相結合即形成光控晶閘管工程化實現模型,其可作為光控晶閘管的替代技術。 在工程應用中,光控晶閘管的典型應用場合為四象限高壓變頻器和國家大型直流輸變電系統等。隨著國家節能工程的實施,高壓變頻器的應用范圍越來越廣泛,已成為工業節能中的重要環節。高壓直流換流系統難度大,技術復雜,要求高,本論文研究的光控晶閘管替代技術只作為其儲備技術之一。本論文以電流源型高壓變頻器作為該光控晶閘管替代技術的應用背景重點闡述。 電流源型高壓變頻器為了提高單機容量,通常是數個SCR串聯使用。隨著系統容量越來越大,裝置對高壓開關器件的要求也越來越高。如果一組串聯SCR中某一個SCR該導通時沒有導通,那么加在該組SCR上的電壓都將加到該SCR上形成過電壓,造成該器件的擊穿損壞,甚至于一組串聯SCR都被燒壞。為了克服上述問題,保證高壓變頻器中串聯晶閘管能夠安全可靠的工作,提高系統可靠性,有必要為晶閘管配備后備驅動系統。本文提出了給SCR驅動電路增設自供電驅動系統——SPDS (Self—Powered Drive System)的解決辦法。SPDS基本功能是通過高位取能電路利用RC緩沖電路中的能量為監測電路和后備觸發電路提供正常工作所需要的能量。它的優點是由于緩沖電路與晶閘管同電位,自供電驅動系統要求的電壓隔離水平可以從幾千伏降低到幾百伏,節省了高壓隔離變壓器,節省了成本和體積,提高了系統可靠性。國外對相關內容已經有了深入研究,并將其應用在高壓變頻器產品中。在國內,目前還沒有查到相關文獻。本文為基于晶閘管的電流源型高壓變頻器設計了一種高壓晶閘管自供電驅動系統,填補了國內空白,為自供電驅動系統的推廣應用和其他高壓開關器件自供電驅動系統的研制提供了參考。 本文詳細介紹了串聯高壓晶閘管驅動系統的要求和RC緩沖電路的工作特 點,進而提出了SPDS的工作原理和具體實現方式,闡述了SPDS各部分組成及其功能。SPDS的核心技術是取能回路和觸發方式的設計。本文在比較各種高壓取能方式和觸發方式優缺點的基礎上,選擇采用RC緩沖取能方式和光纖觸發方式。 論文基于Multisim10仿真軟件,結合高壓晶閘管自供電驅動系統取能電路的原理,對高壓晶閘管自供電驅動系統的核心部分——SPDS取能電路進行了仿真。通過搭建帶SPDS取能電路的單相晶閘管仿真電路和電流源型高壓變頻器前側變流電路的仿真模型,詳細討論了影響RC取能回路正常工作的各種因素。同時,通過設定仿真電路的參數,分析了其工作狀況。根據得到的仿真波形圖,證明了高壓晶閘管自供電驅動系統可以達到有效觸發晶閘管導通的設計目標,具有可行性。 為考察SPDS的實際工作性能,本文搭建了簡易的SPDS低壓硬件實驗平臺,為其高壓條件下的工程化應用打好了基礎。 在論文的最后,對高壓晶閘管自供電驅動系統的發展方向進行了展望。 關鍵詞:高壓變頻器;晶閘管驅動;自供電系統;高壓換流;光控晶閘管
上傳時間: 2013-05-26
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變頻器在各行各業中的各種設備上迅速普及應用,已成為當今節電、改造傳統工業、改善工藝流程、提高生產過程自動化水平、提高產品質量以及推動技術進步的主要手段之一,是國民經濟和生活中普遍需要的新技術。但是現有變頻器的調制算法尚存在一些缺點,如開關損耗大和共模電流大等,因此有必要研究和設計高性能調制算法的變頻控制器。鑒于此,開展了以下工業變頻器高性能調制算法為對象的研究內容: 在闡述了工業變頻器系統的結構、調制算法、調速算法的基礎上,結合數學模型,分析了共模電壓產生的原理、共模電流其影響和危害,給出了共模電壓和共模電流的關系。總結其他的抑制共模電壓的方案基礎上,提出一種新的共模電壓抑制SVPWM;還闡述了死區產生的原因及其影響,以及死區補償的原理并將上述兩個調制算法利用MATLAB/SIMULINK軟件對該系統給予了全面的仿真分析。 變頻器硬件部分設計包括整流濾波電路、逆變器功率電路、上電保護電路、DSP控制系統及其外圍電路、IGBT驅動及保護電路以及反激式開關電源,對于傳感器檢測濾波電路的具體電路參數設計,是在PSPICE上仿真基礎上得出。并在考慮成本、EMC、效率等因素后考慮完成了所有硬件相關的原理圖繪制和PCB繪制; 變頻器軟件部分設計包括主程序、鍵盤掃描程序、系統狀態處理程序、PWM發送中斷程序、電機啟動函數、電壓調整程序、AD采樣中斷程序以及故障保護中斷程序。在實現一般SVPWM的基礎上,根據之前理論和仿真得到的共模電壓抑制SVPWM、以及死區補償算法,將這兩個對SVPWM進行改進的調制算法在硬件平臺上實現。 在硬件電路完成設計的各個階段,逐漸編制相應的控制程序,并進行調試,并完成整個程序的編制和調試。此外,還調試了系統所需的反激式開關電源。整個系統調試中遇到了很多問題,如鍵盤消除抖動問題、共模電壓抑制SVPWM出現的直通現象等。最終完成了工業變頻器樣機,并且采用的是文章中研究的調制算法,效果良好,達到設計的目的; 提出了一種將有源功率因數校正(PFC)技術引用到串級調速中來提高定子側功率因數的新方法。通過建立電動機折算到轉子側的等值電路,重點分析了有源PFC技術代替傳統串級調速系統中的不控整流橋后,系統可以等效為轉子串電阻調速。得到了等效串電阻的計算公式和變化趨勢,對電動機功率因數、電磁轉矩脈動也進行了分析,發現能夠比傳統串級調速時有所提升。鑒于電動機轉子側電勢頻率非常低,分析了有源PFC的具體實現的特殊考慮和參數選取方法,并基于對稱平衡的Scott變壓器和兩個單相有源PFC電路實現了繞線電動機轉子側的三相有源低頻PFC,得到超低紋波的直流輸出電壓。利用MATLAB建立了完整的仿真平臺,所得結果驗證了理論分析的正確性。
上傳時間: 2013-07-09
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本文致力于可并聯運行的斬控式單相交流斬波變換器的研究。交交變換技術作為電力電子技術一個重要的領域一直得到人們的關注,但大都將目光投向AC-DC-AC兩級變換上面。AC/AC直接變換具有單級變換、功率密度高、拓撲緊湊簡單、并聯容易等優勢,并且具有較強擴展性,故而在工業加熱、調光電源、異步電機啟動、調速等領域具有重要應用。斬控式AC/AC 電壓變換是一種基于自關斷半導體開關器件及脈寬調制控制方式的新型交流調壓技術。 本文對全數字化的斬控式AC/AC 變換做了系統研究,工作內容主要有:對交流斬波電路的拓撲及其PWM方式做了詳細的推導,著重對不同拓撲的死區效應進行了分析,并且推導了不同負載情況對電壓控制的影響。重點推導了單相Buck型變換器和Buck-Boost 變換器的拓撲模型,并將單相系統的拓撲開關模式推導到三相的情況,然后分別對單相、三相的情況進行了Matlab仿真。建立了單相Buck 型拓撲的開關周期平均意義下的大信號模型和小信號模型,指導控制器的設計。建立了適合電路工作的基于占空比前饋的電壓瞬時值環、電壓平均值環控制策略。在理論分析和仿真驗證的基礎上,建立了一臺基于TMS320F2808數字信號處理器的實驗樣機,完成樣機調試,并完成各項性能指標的測試工作。
上傳時間: 2013-04-24
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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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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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社會發展對內燃機車柴油機安全、節能、低污染等方面提出了更高的要求,傳統的機械式控制已很難滿足這些新要求。對機車柴油機采用電子控制技術成為當前提高柴油機乃至整車性能的一種有效方法。柴油機電子控制技術包含的范圍很廣,其中標定技術決定了電控系統中最佳控制參數的獲取,從而影響著柴油機的工作性能,而噴油泵特性的標定是標定眾多內容中首先要解決的問題,因此本文將機車柴油機電控系統中的油量特性標定作為研究重點,首先對電控單體泵的組成和原理進行了分析,確定了其作為機車應用的合理性;其次完成了電子燃油噴射控制單元的設計,并對其實驗方法進行了研究。 噴油泵在匹配任何一種類型柴油機之前,其數學模型和控制特性應該基本確定,能不能使得被匹配的柴油機性能達到最佳水平,將取決于能否通過有效的標定方法來獲得準確的噴油控制參數。本文在電子控制單元基本功能完成的基礎上,充分利用現場總線技術的優勢,在實現物理層和數據鏈路層接口的同時,針對標定應用進行了擴展,制訂出一套完整的通信協議,并開發出上位機標定軟件,使得電子控制單元與上位機之間建立起了良好的通信平臺。標定系統的建立同時為機車故障診斷技術帶來了新思路,本文提出了一種基于分布式機車控制網絡的故障診斷策略,多個智能化節點可以共同來完成復雜的故障診斷操作,性能完備的網絡構成和通訊協議使得大量故障信息的交互顯得有條不紊。這種思路,對電控系統乃至整車的故障診斷技術的發展產生著深遠的影響。 方案的確定,軟硬件的設計,實驗方法的分析,都必須結合真正的臺架實驗,在實驗過程中不斷的改進。本文最后,介紹了在機車廠單體泵試驗臺上進行的電磁閥驅動和油泵特性標定實驗,從中獲得了機車柴油機電控系統研究的寶貴經驗,為后期的柴油機匹配實驗打下了堅實的基礎。
上傳時間: 2013-04-24
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