本文從課題要求和實際應用的角度出發,設計了以TMS320F240為核心的永磁同步電機矢量控制系統,詳細敘述了控制系統的搭建方法,并對永磁同步電機的初始位置檢測和死區補償作了理論的研究.本文的結構和主要研究內容如下:第一章介紹了永磁電機的原理、現狀和發展歷史.第二章對永磁同步電機的基本結構和數學模型做了詳細的介紹.介紹了永磁同步電機控制系統的主要組成部分電流環,轉速環和位置環的常見控制策略,這三個環之間的關系和如何綜合調節這三個環.控制系統采用的是矢量控制方法,本章最后詳細地分析了永磁同步電機的矢量控制策略,這種策略的軟件實現方法,并給出了基于MATLAB/SIMULINK的控制系統仿真.第三章從介紹了實際的電路設計,包括搭建以TMS320F240為核心的控制系統的搭建,智能功率模塊IPM的使用及控制的主要方法,控制面盤的設計.第四章分析了永磁同步電機控制系統中的一個主要問題:初始位置檢測.分析了現有的初始位置檢測的主要方法,并提出了一種利用永磁同步電機的凸極效應和非線性的磁化特性來估算轉子初始位置的方法.第五章介紹了矢量控制永磁同步電機矢量控制系統的死區補償問題.
上傳時間： 2013-04-24
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隨著電力電子裝置的廣泛應用,人們對電能變換的控制能力日益提高.但這些非線性裝置所產生的無功和諧波污染也給電網帶來越來越嚴重的危害.研究有源電力濾波器以補償電力電子裝置所引起的無功和諧波污染已成為電力電子應用技術中的一個重大研究課題. 本文主要研究一種基于DSP控制的運用于高壓電力系統的新型大容量補償裝置,它結合了有源濾波器(APF)和靜止無功補償發生器(SVG),的優點,在抑制電網諧波的同時進行無功補償. 傳統補償裝置主要采用模擬控制.但模擬控制存在電路復雜、控制性能差、易受環境干擾等缺點.本文提出以TI公司TMS320LF2407高速處理器為核心的數字控制系統.更重要的是,該補償裝置使用的電抗和電容元件比傳統SVC中的電抗器和電容元件小.大大縮小了裝置的體積和成本. 另外,由于補償裝置中IGBT模塊的額定工作電壓的限制,若要將其運用于高壓系統需要連接特殊的升壓變壓器,成本較高.如果能夠借助一些輔助的外電路解決功率器件串聯工作時的均壓問題,那么就可以省去升壓變壓器的投資,降低了成本.這也是本文的一個研究方向. 本文首先回顧了電力系統有源濾波和無功補償的發展情況,然后闡述了有源濾波和無功補償的工作原理和關鍵技術.在此基礎上,討論了電力系統有源濾波和無功補償裝置的硬件設計及軟件開發.最后,使用Matlab對系統進行了仿真并進行了實驗驗證.
上傳時間： 2013-07-09
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在早期階段，直流調速系統在傳動領域中占統治地位。然而，從60年代后期開始，交流電動機在工業應用領域正在取代直流電動機，交流傳動變得越來越經濟和受歡迎。永磁交流伺服系統作為電氣傳動領域的重要組成部分，在工業、農業、航空航天等領域發揮越來越重大的作用。永磁同步電動機以其特點廣泛應用于中小功率傳動場合，成為研究的重要領域。然而，永磁同步電動機具有較大的轉動脈動，而對于這些應用場合，轉矩平滑通常是基本要求。因此，對永磁交流伺服系統的應用，必須考慮其轉矩脈動的抑制問題。本文針對電機傳動系統中參數變化對電機性能的影響，以永磁同步電機為例，圍繞如何通過參數辨識來提高永磁同步電動機的控制性能，借助自行開發的全數字永磁交流伺服系統平臺，對永磁同步電動機的磁場定向控制，參數辨識，神經網絡和擴展卡爾曼濾波在控制系統中的應用，抑制轉矩脈動，提高系統性能幾個方面展開深入的研究。 本文從永磁同步電動機及其控制系統的基本結構出發，對通過參數辨識抑制轉矩脈動進行了較為細致的分析。針對不同情況，通過改進電機的控制系統，提出了多種參數辨識方法。主要內容如下： 1、基于定子磁鏈方程，建立了永磁同步電動機的一般數學模型。經坐標變換，得出在靜止兩相（α—β）坐標系和旋轉兩相（d—q）坐標系下永磁同步電動機電壓方程和轉矩方程。 2、分析了永磁同步電動機id=0矢量控制系統的工作原理，介紹了永磁同步電動基于磁場定向的矢量控制的基本概念。經對永磁同步電動機系統進行分析，推導并建立了id=0控制時整個電機系統的數學模型。 3、基于超穩定性理論的模型參考自適應控制原理，設計了一種模型參考自適應控制系統，考慮電機參數的時變性，對永磁交流伺服系統的繞組電阻和電機負載轉矩辨識進行了研究，以保持系統的動態性能。利用Matlab/Simulink建立仿真模型，對控制性能進行了驗證，仿真實驗證明這種方法的可行性。 4、人工神經網絡具有很強的學習性能，經過訓練的多層神經網絡能以任意精度逼近非線性函數，因此為非線性系統辨識提供了一個強有力的工具。本章針對永磁同步電機提出了一種以電機輸出轉速為目標函數的神經網絡控制方案，同時應用人工神經網絡理論建立和設計了負載轉矩擾動辨識的算法以及相應的控制系統的補償方法，并應用MATLAB軟件進行了計算機仿真，仿真證明和傳統的控制方法相比，以電機輸出轉速為指導值和目標函數的神經網絡控制方案能有效地提高神經網絡的收斂速度，能有效地改善控制系統的動態響應，具有跟蹤性能好和魯棒性較強等優點。 5、電機的參數會隨著溫升和磁路飽和發生變化，需進行在線實時辨識。本文利用電機的定子電流、電壓和轉速，采用遞推最小二乘法進行在線參數辨識，該方法不需要觀測的磁鏈信號，消除了磁鏈觀測和參數辨識的耦合。電機狀態方程由于存在狀態變量的乘積項，對電機參數辨識以后，仍然是非線性方程，為了對電機狀態方程進行狀態估計，得到電機的參數辨識值，本文采用擴展卡爾曼濾波進行狀態估計，對以上方法的仿真實驗得到了滿意的結果。 6、本文基于數字電機控制專用DSP自行開發了全數字永磁交流伺服系統平臺，通過軟件實現擴展卡爾曼濾波對電阻和磁鏈的估計，以及基于磁場定向的空間矢量控制算法，獲得了令人滿意的實驗結果，證明擴展卡爾曼濾波算法對電阻和磁鏈的實時估計是很準確的，由此構成的永磁交流伺服系統具有良好的靜、動態性能。
上傳時間： 2013-07-28
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本文設計的變頻調速恒壓供水系統由上位機、PLC、變頻器、壓力變送器等組成。本系統包含三臺水泵電動機，采用通用變頻器來實現對三相水泵電動機組的軟啟動和變頻調速，運行切換采用“先開先停”的原則。壓力變送器檢測當前水壓信號，送入PLC與設定值經PID比較運算，從而控制變頻器的輸出電壓和頻率，進而改變水泵電動機組的轉速來改變供水量，最終保持管網壓力恒定在設定值附近。把模糊控制算法引入到控制系統中，從而改善了系統的靜動態特性。 模糊控制是一種不依賴于被控過程數學模型的仿人思維的控制技術。它可以利用領域專家的操作經驗或知識建立被控系統的模糊規則，有較好的知識表達能力。但傳統的模糊控制同PID算法一樣，均為“事后調節”，因而對大遲延對象的控制效果不是很理想。預測控制的核心是不僅注意過去及現在的目標值，而且注意將來的目標值，使受控量和目標值的偏差盡可能地小，從而提高系統的控制性能。預測控制和模糊控制是各自獨立發展起來的兩類控制方法，在二者充分發展的基礎上，提出將預測的思想和模糊的思想結合起來，形成一種新的控制方法——模糊預測控制FPC。 本文將FPC技術應用于供水系統，設計出自調整修正因子模糊PID控制器，克服了傳統PID控制設計中的參數調整困難的問題。模糊PID控制是在大誤差范圍內采用模糊控制，以提高動態響應速度；在小誤差范圍內采用PID控制，引入積分控制作用以消除靜態誤差，提高控制精度。本設計通過變頻調速實現恒水壓控制，并針對系統的時滯特點采用Smith預估控制器進行補償。利用Matlab對其模型進行仿真，仿真結果與傳統控制算法相比較，該算法具有魯棒性好，實現簡單，易于在線調整等優點，系統響應曲線沒有超調，系統的建立時間比較短，抗干擾能力強。 通過對上位機和PLC之間通信的分析和研究，完成了上、下位機的通信設置，給出了上位機監控程序編寫方法，通過通信模塊實現了對供水系統的遠程監控及故障報警。 所開發的系統將FPC與PLC相結合，克服了傳統的調節器的缺點，充分發揮了PLC控制靈活、編程方便、適應性強的優點，提高了控制的精確度。實驗結果表明，該系統能對異步電動機轉速實現精確控制，實用性強，具有一定的推廣價值。
上傳時間： 2013-05-19
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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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三相逆變器作為交流供電電源的主要部分，廣泛地應用于電動車、電力設備、產業設備、交通車輛等領域。逆變器的并聯控制技術以其廣泛的應用前景也得到越來越深入地研究。人們對逆變電源的要求越來越高，高性能、高可靠性的大功率逆變器就是當今逆變電源的發展趨勢之一。提高逆變電源容量主要有兩個途徑，設計大功率的逆變器和采用逆變器并聯技術實現電源模塊化。 為此，本文以兩臺400kVA組合式三相逆變器為對象，采用全數字化控制方式，主要研究了大功率三相逆變器的波形控制技術和并聯控制技術。本文圍繞大功率組合式三相逆變器，對其主電路結構、系統的數學模型、波形控制技術以及并聯系統模型、并聯控制方案進行了較為詳細的分析和研究。分析了適用于大功率的組合式三相逆變器結構，并給出了400kVA組合式三相逆變器的主電路設計。建立和分析了組合式三相逆變器在ABC、αβ、dq 坐標系下的數學模型。針對大功率組合式三相逆變器，采用在dq 坐標系下的三相電壓閉環統一控制方案。為了使大功率三相逆變器得到較好的輸出電壓波形質量，采用PID 瞬時值電壓反饋控制和重復控制并聯結合的控制方案。分析了PID 控制器和重復控制器的原理，并針對400kVA 三相逆變器的系統性能，給出了相應數字PID 控制器和重復控制器的設計。并利用Matlab 建立了系統的仿真模型，給出了理論研究結果。提出了有效提高系統動態性能的兩種方法：加負載電流前饋和動態過程中強制改變改變調制比。介紹了大功率三相逆變器的短路限流保護技術，提出了采用瞬時值限流電路和單獨的軟件限流環相結合的方案，保證大功率三相逆變器在短路時自動限流保護。對兩臺大功率三相逆變器組成的并聯系統的結構、環流特性及逆變器的輸出功率進行了分析。詳細分析了輸出阻抗特性不同時，逆變器環流和輸出功率分配的差異，得出了輸出阻抗對環流和功率影響的一般規律。針對大功率三相逆變器并聯系統，采用基于功率誤差的分散邏輯控制方案。分析了基于功率誤差的分散邏輯控制原理，逆變器輸出功率的檢測和母線信號綜合的脈寬調制原理。根據400kVA 三相逆變器并聯系統的輸出阻抗特性，采用了無功調節輸出電壓幅值和同步鎖相實現相位同步的并聯控制策略。 本文最后在兩臺400kVA組合式三相逆變器樣機上得到了實驗驗證。實驗結果進一步驗證了大功率三相逆變器的波形控制和并聯控制策略有效可行性。
上傳時間： 2013-07-03
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變頻電源具有低損耗和高效率等顯著優點，其性能的優劣直接關系到整個系統的安全性和可靠性指標，隨著工業上變頻電源的廣泛應用，對其性能參數的檢測也越來越重要，因此對變頻電源設備輸出電參數進行測量方面的研究具有重要的意義。 論文綜述了國內外各種交流變頻電參數測量系統的研究現狀和應用技術，根據變頻設備的工作機理和輸出特性，提出了系統的總體設計方案。由于變頻設備的輸出范圍廣且變化快，并且國內大部分參數測量設備都是針對工頻進行設計的，基于此本文采用高速的數字處理器和改進的算法來進行控制實現。 論文首先給出了各電參數測量的國際標準和理論基礎，重點分析了如何通過希爾波特變換來實現頻率的測量。為了濾除不需要的高次諧波并精確的測量頻率，建立了FIR濾波器模型，通過MATLAB編程進行了數字仿真，驗證了算法的正確性；利用周期法進行了其它電參數的測量實現，并在Labview 中進行了仿真，作為輔助分析軟件具有快速直觀的特點并有很大的通用性。 在理論分析和仿真的基礎上，論文設計了基于TMS320F2812 DSP的控制系統，并結合原理圖介紹了各模塊運行原理；重點分析了如何利用CPLD來實現時序控制的功能，并給出了VHDL設計的程序和仿真結果。最后進行軟件程序上的設計，對各部分進行了程序分析和設計，各模塊結構相互關聯，具有很好的擴展性和移植性。
上傳時間： 2013-04-24
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本課題深入分析了GPS軟件接收機基于FFT并行捕獲算法并詳細闡述了其FPGA的實現。相比于其它的捕獲方案，該方案更好地滿足了信號處理實時性的要求。 論文的主體部分首先簡單分析了擴頻通信系統的基本原理，介紹了GPS系統的組成，詳細闡述了GPS信號的特點，并根據GPS信號的組成特點介紹了接收機的體系結構。其次，通過對GPS接收機信號捕獲方案的深入研究，確定了捕獲速度快且實現復雜度不是很高的基于FFT的并行捕獲方案，并對該方案提出了幾點改進的措施，根據前面的分析，提出了系統的實現方案，利用MATLAB對該系統進行仿真，仿真的結果充分的驗證了方案的可行性。接著，對于捕獲環節中的核心部分—FFT處理器，設計中沒有采用ALTERA提供的IP核，獨立設計實現了基于FPGA的FFT處理器，并通過對一組數據在MATLAB中運算得到結果和FPGA輸出結果相對比，可以驗證該FFT處理器的正確性。再次重點分析了GPS接收機并行捕獲部分的FPGA具體實現，通過捕獲的FPGA時序仿真波形，證明了該系統已經能成功地捕獲到GPS信號。最后，對全文整個研究工作進行總結，并指出以后繼續研究的方向。 本課題雖然是對于GPS接收機的研究，但其原理與GALILEO、北斗等導航系統的接收機相近，因此該課題的研究對我國衛星導航事業的發展起到了積極的推動作用。
上傳時間： 2013-08-06
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正交頻分復用(OFDM)技術是一種多載波數字調制技術，具有頻譜利用率高、抗多徑干擾能力強、成本低等特點，適合無線通信的高速化、寬帶化及移動化的需求，將成為下一代無線通信系統(4G)的核心調制傳輸技術。 本文首先描述了OFDM技術的基本原理。對OFDM的調制解調以及其中涉及的特性和關鍵技術等做了理論上的分析，指出了OFDM區別于其他調制技術的巨大優勢；然后針對OFDM中的信道估計技術，深入分析了基于FFT級聯的信道估計理論和基于聯合最大似然函數的半盲分組估計理論，在此基礎上詳細研究描述了用于OFDM系統的迭代的最大似然估計算法，并利用Matlab做了相應的仿真比較，驗證了它們的有效性。 而后，在Matlab中應用Simulink工具構建OFDM系統仿真平臺。在此平臺上，對OFDM系統在多徑衰落、高斯白噪聲等多種不同的模型參數下進行了仿真，并給出了數據曲線，通過分析結果可正確評價OFDM系統在多個方面的性能。 在綜合了OFDM的系統架構和仿真分析之后，設計并實現了基于FPGA的OFDM調制解調系統。首先根據802.16協議和OFDM系統的具體要求，設定了合理的參數；然后從調制器和解調器的具體組成模塊入手，對串/并轉換，QPSK映射，過采樣處理，插入導頻，添加循環前綴，IFFT/FFT，幀同步檢測等各個模塊進行硬件設計，詳細介紹了各個模塊的設計和實現過程，并給出了相應的仿真波形和參數說明。其中，針對定點運算的局限性，為系統設計并自定義了24位的浮點運算格式，參與傅立葉反變換和傅立葉變換的運算，在系統參數允許的范圍內，充分利用了有限資源，提高了系統運算精度；然后重點描述了基于FPGA的快速傅立葉變換算法的改進、優化和設計實現，針對原始快速傅立葉變換FPGA實現算法運算空閑時間過多，資源占用較大的問題，提出了帶有流水作業功能、資源占用較少的快速傅立葉變換優化算法設計方案，使之運用于OFDM基帶處理系統當中并加以實現，結果滿足系統參數的需求。最后以理論分析為依據，對整個OFDM的基帶處理系統進行了系統調試與性能分析，證明了設計的可行性。 綜上所述，本文完成了一個基于FPGA的OFDM基帶處理系統的設計、仿真和實現。本設計為OFDM通信系統的進一步改進提供了大量有用的數據。
上傳時間： 2013-07-25
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數控沖床送料系統主要用于與沖床實現配套，在沖孔過程中按照程序設定控制板料移動和沖床沖孔，實現沖孔的高度自動化。自動送料機構作為沖壓加工生產實現自動化的最基本的要求，它的自動化程度高低，直接影響著沖壓生產效率以及沖壓生產整體自動化水平，只有其自動化程度與沖壓設備相匹配甚至高于沖壓設備，才能夠實現沖壓生產的完全自動化。 嵌入式系統是繼IT網絡技術之后，又一個新的發展方向，由于嵌入式系統自身的優點，現在已經廣泛應用到軍事國防、消費電子、工業控制等各個領域。隨著電子、計算機、自動控制以及精密機械與測試技術的不斷提高和發展，自動送料裝置也在隨著數控機床的發展而在迅速發展和演變。而隨著嵌入式微處理器的發展，嵌入式系統也開始運用到數控沖床自動送料系統中來。 本文采用目前廣泛使用的32位ARM微處理器，Samsung公司基于ARM920T的S3C2440A作為系統的主控制器，該處理器主要面向嵌入式設備，具有性價比高、功耗低的特點，并且在嵌入式Linux操作系統下可移植性好，具有較強的控制能力和豐富的片內資源。該系統能實現數控沖床的自動送料，軟硬件結構簡單，定位精度高，操作簡單方便，具有良好的人機界面。論文首先根據生產實際要求和控制系統設計原則，確定了送料系統的軟硬件總體設計方案。硬件方面，在S3C2440A的基礎上擴展了NANDFlash、NORFlash、SDRAM、LCD觸摸屏模塊，并設計了X、Y軸電機及其驅動電路。軟件方面，選用Linux操作系統，在此基礎上構建了嵌入式Linux開發環境，實現了Bootloader、Linux內核、YAFFS根文件系統的移植，選用Qt/Embeded設計系統的操作界面，給出了系統各個模塊的程序設計，包括人機界面、速度預處理、插補模塊和電機控制部分，文章對系統的軟硬件的抗干擾技術也專門做了介紹。隨后，文章還介紹了積分分離的PID控制算法，并通過使用matlab對電機控制進行仿真，驗證了該算法的可行性。 文章在最后對整個設計進行了總結和展望，指出了系統存在的問題和一些可以改進的地方。
上傳時間： 2013-06-28
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