本課題是針對陜西美泰電氣有限公司的一個開發研究項目。在國內,中頻大功率感應加熱電源雖然有許多研究,但是在控制方式上與選取的功率元件上卻有不同,特別是針對DSP控制與選取IGBT作為功率元件的相關文獻較少。數字化控制將是一種趨勢,而IGBT控制靈活,驅動簡單,從而將逐步取代晶閘管,GTO等元件。 本課題主要以并聯諧振型感應加熱電源為研究對象,采用了IGBT為功率開關元件的主電路,比較了直流調功和逆變調功的優缺點,最終選擇了三相全控晶閘管整流的調功方式,同時也描述了重疊時間對逆變器的影響。計算分析了整流側和逆變側的必要參數以及并聯諧振槽路的參數,本文在MATLAB/Simulink環境下建立了10kHz/500kW并聯諧振型感應加熱系統的仿真模型,對整流調功、鎖相環頻率跟蹤、逆變器的啟動等仿真波形進行了重點分析并得出結論。在此理論基礎上,設計了基于DSPTMS320F2812 10kHz/500kW感應加熱電源的控制器,其中重點研究了閉環調功控制系統、鎖相環頻率跟蹤系統、重疊時間、整流側晶閘管脈沖觸發產生和相序判斷以及逆變器啟動的全數字化控制。同時,設計了過壓過流保護電路以及外圍采樣電路、檢測電路,特別是過壓保護,本文給出了一種箝位思想并對此思想進行了仿真證明了其正確性和可行性,以便使電源和IGBT更安全的工作。最后,對本文所提出的控制方案進行實驗驗證,證明了本文理論計算分析的正確性和控制方案的可行性。
上傳時間： 2013-06-09
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近幾十年來,由于大功率電力電子裝置的廣泛應用,使公用電網受到諧波電流和諧波電壓的污染日益嚴重,功率因數低,電能利用率低。為了抑制電網的諧波,提高功率因數,人們通常采用無功補償、有源、無源濾波器等對電網環境進行改善。近年來,功率因數校正技術作為抑制諧波電流,提高功率因數的行之有效的方法,備受人們的關注。 本文在參閱國內外大量文獻的基礎上,綜述了近年來國內外功率因數校正的發展狀況,簡要分析了無源功率因數與有源功率因數的優、缺點,并詳細分析了有源功率因數校正的基本原理和控制方法。在通過對主電路拓撲與控制方法的優、缺點比較后,選擇BOOST變換器作為主電路拓撲,采用基于平均電流控制的UC3854控制器,設計了容量為300W的兩級有源功率因數校正電路的前一級電路,計算了主電路與控制電路的元件參數。根據此參數,基于MATLAB環境下對功率因數校正前、后的電路進行了仿真,通過仿真波形的分析。最后搭建實驗電路進行實驗,采集實驗波形,對實驗結果進行分析,進-步驗證了本設計參數的正確性與準確性。 本文功率因數校正電路的設計,使電路的功率因數得到了明顯的改善,達到了設計要求,同時電路的總諧波畸變因數控制在了一定的范圍,減少了對電網的污染。并且電路的輸出電壓穩定,為后一級的電路設計奠定了基礎。
上傳時間： 2013-05-22
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本文主要以串聯諧振型感應加熱電源為研究對象,通過分析其負載特性及調功控制方式,選擇不控整流加逆變移相調功控制方式,其中重點分析感性移相式PWM感應加熱電源調功控制方式,及其在由自關斷器件MOSFET組成的串聯諧振逆變器中的應用,并深入分析了感性移相式PWM控制方式調功特性。同時針對感應加熱電源這個具有復雜的參數時變性,結構非線性的工業控制對象,在MATLAB/Simulink環境下建立了感性移相PWM感應加熱電源的系統閉環控制模型,進行了移相式感應加熱電源系統仿真研究。 在理論分析的基礎上,設計了200W/100kHz感性移相式感應加熱電源的主電路及控制電路。通過對移相諧振全橋軟開關控制器UC3879的學習和了解,設計并搭建一種區別以往的移相式感應加熱電源的鎖相移相調功的控制平臺,即鎖相環電路和基于UC3879設計的移相調功電路相配合的方案。并設計了它激重復掃頻轉自激的啟動方法,大大提高了電源的啟動成功率。同時搭建了200W/100kHz移相式感應加熱電源實驗平臺,完成了系統閉環控制,實驗結果驗證了本文理論分析的正確性及控制方案的可行性。
上傳時間： 2013-07-15
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在能源枯竭及環境污染問題日益嚴重的今天，光伏發電是未來可再生能源應用的一種重要方法。本文以光伏逆變技術為研究對象，對光伏系統最大功率點跟蹤方法、光伏智能充電控制策略、光伏并網系統拓撲結構與控制方法、光伏并網與有源濾波統一控制方法等問題進行了深入研究。 在擾動觀測法的基礎上，提出了一種直接電流控制最大功率點跟蹤方法，通過檢測變換器輸出電流進行最大功率點跟蹤控制，簡化控制算法，同時省去了擾動觀測法中的電壓和電流傳感器，降低系統成本。 研究了一種實用的光伏系統蓄電池充電控制策略，將最大功率點跟蹤與智能充電控制有機結合在一起，充分利用光伏電池的輸出功率，縮短充電時間，提高充電效率；研究了一種全數字式逆變器，通過電壓有效值外環和瞬時值內環的雙閉環控制，既能保證系統輸出電壓的穩態精度，又能保證瞬變負載條件下的動態特性。研制了一套3kW光伏獨立發電系統并進行了實驗驗證。 針對住宅型光伏并網逆變器體積小、性能價格比高的要求，研究了一種基于導抗變換器的并網逆變器拓撲結構，相比于傳統電流型逆變器，本拓撲省去了笨重的電抗器，同時利用高頻變壓器進行能量傳遞和電氣隔離，進一步降低了系統損耗和體積，降低系統成本。 經研究發現，由于導抗變換器的固有特性，采用傳統的SPWM調制方法將導致并網逆變器輸出平頂飽和的非正弦電流，造成對電網的諧波污染，提出了一種新型改進調制模式。該方法可以實現高功率因數、低諧波并網發電。根據上述理論分析，研制了一臺3kW單相光伏并網逆變器，實驗結果驗證了理論分析的正確性。 研究了一種三相電流型并網逆變器拓撲結構及其控制方法，采用改進調制模式對其進行控制，在諧波抑制方面取得了滿意的效果。提出的三相并網逆變方案，相比于傳統三相并網逆變器，具有如下顯著優點：系統中任意一相都是一個獨立的子系統，不受其它相影響，即使在某一相或某兩相損壞的情況下，剩余相也能正常運行，增加了系統的冗余性；在三相電網不平衡情況下，本方法也能提供穩定的三相電流，增加系統抗電網波動能力。初看起來本方案使用的導抗變換器和變壓器有3套，但是每相承受的功率容量只有系統總功率的三分之一，這樣可以選用較小容量的器件，有利于高頻電感和變壓器的制作和生產。提出了一種基于導抗變換器的三相電流型逆變器實現方案，利用導抗變換器將輸入直流電壓變換為高頻正弦電流，經高頻變壓器隔離及電流等級變換后進行裂相調制，輸出為三相正弦電流。該方法不僅省去了傳統電流型逆變器直流側電抗器，而且采用高頻變換進行功率傳輸，減小了隔離變壓器及輸出濾波器的體積，有利于裝置的小型化和降低成本。 針對光伏電池輸出電壓較低的問題，研究了一種單級式三相升壓型并網逆變器，通過一級變換同時實現升壓和DC/AC變換功能，并且提出了一種基于DSP芯片的控制策略，本方法僅用一個電壓傳感器就能替代原先的三個電壓傳感器：每個載波周期短路相只進行一次開關動作，同時任何時刻只有2個開關管導通，可有效降低系統的開關損耗和導通損耗；由于采用DSP控制，具有控制靈活、穩定性高、成本低、并網電能質量好，便于功率調節等優點。 提出了一種光伏并網與有源濾波兼用的統一控制策略，在同一套裝置上既實現光伏并網發電，又實現諧波補償，克服目前的光伏發電裝置白天發電、夜間停機的不足，提高系統利用率。詳細分析了無功電流和諧波電流的檢測方法、光伏并網發電有功指令電流的生成方法及電流環控制器和電壓環控制器的設計方法，并對光伏并網發電與有源濾波統一控制模式和單一有源濾波模式進行了討論，仿真和實驗結果驗證了所提出的系統結構及控制策略的正確性和可行性。
上傳時間： 2013-04-24
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混合動力汽車作為解決汽車節能、降低排放的汽車工業新技術，具有低污染和低油耗的特點，尤其在油價日益攀高的今天，成為國內外汽車發展的新熱點。驅動控制器作為混合動力汽車中的主要部件，在混合動力汽車中起到至關重要的作用，對其進行研究具有重要的理論和現實意義。 本文首先比較了常見的幾種電動汽車的性能，概括了混合動力汽車的優點，介紹了混合動力汽車發電機/電動機一體化技術的發展現狀；其次探討了幾種常用交流電動機的性能優劣。由于永磁同步電機具有高效、高功率密度以及良好的調速性能，因此該電機成為本課題混合動力汽車傳動中所使用的電機，論文建立了永磁電動機的數學模型，分析了矢量控制原理；在矢量控制原理的基礎上，設計出了基于TMS320F2812的永磁同步電機矢量控制系統的硬件結構，詳細闡述了旋轉變壓器及其解碼芯片在系統中的角度和速度的檢測原理以及系統中其他重要的單元。設計了系統的軟件結構，詳細闡述了關鍵子程序如電流采集、位置檢測程序和SVPWM產生子程序：使用UG軟件設計出控制器的殼體。最后進行了實驗研究，給出SVPWM波形、相電流波形，進行了全文總結，提出了下一步工作的建議。
上傳時間： 2013-05-21
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隨著計算機網絡與嵌入式控制技術的迅速發展，作為傳統運輸行業的鐵路系統對此也有了新的要求，列車通信網絡應運而生。經過多年的發展，國際電工委員會(IEC)為了規范列車通信網絡，于1999年通過了IEC61375-1標準。該標準將列車通信網絡分為兩條總線：絞線式列車總線(WTB)和多功能車輛總線(MVB)。MVB是一個標準通信介質，為掛在其上的設備傳輸和交換數據。而多功能車輛總線控制器(MVBC)是MVB與MVB實際物理層之間的接口，其主要實現MVB數據鏈路層的功能。由于該項關鍵技術仍被國外公司壟斷，因此開發具有自主知識產權的MVBC迫在眉睫。 鑒于上述原因，本文深入研究了IEC61375-1標準。根據MVBC的技術特點，本文提出了使用FPGA來實現其具體功能的方案。掛在MVB總線上的設備分為五類，他們的功能各不相同。而支持4類設備的MVBC具有設備狀態、過程數據、消息數據通信和總線管理功能，并且兼容2類和3類設備。本文的目的就是用FPGA實現支持4類設備的MVBC。 本文采用自頂向下的設計方法。整個MVBC主要劃分為：編碼模塊、譯碼模塊、冗余控制模塊、報文分析單元、通信存儲控制器、主控制單元、地址邏輯模塊。在整個開發流程中，使用Xilinx的ISE集成開發環境。使用Verilog HDL硬件描述語言對上述各個模塊進行RTL級描述，并用Synplify Pro進行綜合。最后，在ModelSim中對各個模塊進行了布線后仿真和驗證。 在實驗室條件下，通過嚴格的仿真驗證后，其結果證明了本文設計的模塊達到了IEC61375-1標準的要求。因此，用FPGA實現MVBC這一方案具有可操作性。 關鍵詞：列車通信網；多功能車輛總線；多功能車輛總線控制器；現場可編程門陣列
上傳時間： 2013-07-18
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電力電子裝置的控制技術隨著電力電子技術的發展而愈來愈復雜。開關電源是現代電力電子設備中不可或缺的組成部分，其質量的優劣以及體積的大小直接影響電子設備整體性能。高頻化、小型化、數字化是開關電源的發展方向。 在應用數字技術進行控制系統設計時，數字控制器的性能決定了控制系統的整體性能。數字化電力電子設備中的控制部分多以MCU/DSP為核心，以軟件實現離散域的運算及控制。在很多高頻應用的場合，目前常用的控制器(高性能單片機或DSP)的速度往往不能完全滿足要求。FPGA具有設計靈活、集成度高、速度快、設計周期短等優點，與單片機和DSP相比，FPGA具有更高的處理速度。同時FPGA應用在數字化電力電子設備中，還可以大大簡化控制系統結構，并可實現多種高速算法，具有較高的性價比。 依據FPGA的這些突出優點，本文將FPGA應用于直流開關電源控制器設計中，以實現開關電源數字化和高頻化的要求。主要研究工作如下： 介紹了基于FPGA的DC/DC數字控制器中A/D采樣控制、數字PI算法的實現；重點描述了采用混合PWM方法實現高分辨率、高精度數字PWM的設計方案，并對各模塊進行了仿真測試；用FPGA開發板進行了一部分系統的仿真和實際結果的檢測，驗證了文中的分析結論，證實了可編程邏輯器件在直流開關電源控制器設計中的應用優勢。
上傳時間： 2013-07-23
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固態硬盤是一種以FLASH為存儲介質的新型硬盤。由于它不像傳統硬盤一樣以高速旋轉的磁盤為存儲介質，不需要浪費大量的尋道時間，因此它有著傳統硬盤不可比擬的順序和隨機存儲速度。同時由于固態硬盤不存在機械存儲結構，因此還具有高抗震性、無工作噪音、可適應惡劣工作環境等優點。隨著計算機技術的高速發展，固態硬盤技術已經成為未來存儲介質技術發展的必然趨勢。 本文以設計固態硬盤控制芯片IDE接口部分為項目背景，通過可編程邏輯器件FPGA，基于ATA協議并使用硬件編程語言verilog，設計了一個位于設備端的IDE控制器。該IDE控制器的主要作用在于解析主機所發送的IDE指令并控制硬盤設備進行相應的狀態遷移和指令操作，從而完成硬盤設備端與主機端之間基本的狀態通信以及數據通信。論文主要完成了幾個方面的內容。第一：論文從固態硬盤的基本結構出發，分析了固態硬盤IDE控制器的功能性需求以及寄存器傳輸、PIO傳輸和UDMA傳輸三種ATA協議主要傳輸模式所必須遵循的時序要求，并概括了IDE控制器設計的要點和難點；第二：論文設計了IDE控制器的總體功能框架，將IDE控制器從功能上分為寄存器部分、頂層控制模塊、異步FIFO模塊、PIO控制模塊、UDMA控制模塊以及CRC校驗模塊六大子功能模塊，并分析了各個子功能模塊的基本工作原理和具體功能設計；第三：論文以設計狀態機流程和主要控制信號的方式實現了各個具體子功能模塊并列舉了部分關鍵代碼，同時給出了主要子功能模塊的時序仿真圖；最后，論文給出了基于PIO傳輸模式和基于UDMA傳輸模式的具體指令操作流程實現，并通過SAS邏輯分析儀和QuartusⅡ對IDE控制器進行了功能測試和分析，驗證了本論文設計的正確性。
上傳時間： 2013-07-31
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隨著計算機及其外圍設備的發展，傳統的并行接口和串行接口在靈活性和接口擴展等方面存在的缺陷愈來愈不可回避，并逐漸成為計算機通信的瓶頸。在這種情況下，通用串行總線(Universal Serial Bus，USB)誕生了。USB由于具有傳輸速率高、價格便宜、使用方便、靈活性高、支持熱插拔、接口標準化和易于擴展等優點，目前已經成為計算機外設接口的主流技術，在計算機外圍設備和消費類電子領域正獲得越來越多的應用。 @@ 本文基于USB2．0協議規范，設計了一款支持高速和全速傳輸的USB2．0設備控制器IP核。文中著重介紹了這款設備控制器IP核的設計和FPGA驗證工作，詳細研究并分析了USB2．0規范，根據規范提出了一種USB2．0設備控制器整體構架方案，描述了各個功能子模塊硬件電路的功能及實現。從可重用的角度出發，對設備控制器模塊進行優化設計，增加多個靈活的配置選項，根據不同的應用對硬件進行配置，使其在滿足要求的情況下去除冗余電路，以減少占用面積和功耗，從而使其靈活地應用于各種USB系統。本文還研究了IP核的驗證方法，并對所設計的USB2．0設備控制器建立了功能完備的ModelSim仿真驗證環境，搭建了FPGA硬件驗證平臺，設計了具有AHB接口的設備控制器和帶有8051的設備控制器，并分別在FPGA平臺上進行了功能驗證。 @@ 本文所設計的USB2．0設備控制器IP核可配置性高，使用者可以自由配置所需端點的個數以及每個端點類型等，可以集成于多種USB系統中，適于各類USB設備的開發。本課題所取得的成果為USB2．0設備類的研究和開發積累了經驗，并為后來實驗室某項目測試芯片的USB數據采集提供了參考方案，也為未來USB3．0接口IP核的開發和應用奠定了基礎。 @@關鍵詞USB2．0控制器；IP核；FPGA；驗證
上傳時間： 2013-06-30
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近年來，大容量數據存儲設備主要是機械硬盤，機械硬盤采用機械馬達和磁片作為載體，存在抗震性能低、高功耗和速度提升難度大等缺點。固態硬盤是以半導體作為存儲介質及控制載體，無機械裝置，具有抗震、寬溫、無噪、可靠和節能等特點，是目前存儲領域所存在問題的解決方案之一。本文針對這一問題，設計基于FPGA的固態硬盤控制器，實現數據的固態存儲。 文章首先介紹硬盤技術的發展，分析固態硬盤的技術現狀和發展趨勢，闡述課題研究意義，并概述了本文研究的主要內容及所做的工作。然后從分析固態硬盤控制器的關鍵技術入手，研究了SATA接口協議和NANDFLASH芯片特性。整體設計采用SOPC架構，所有功能由單片FPGA完成。移植MicroBlaze嵌入式處理器軟核作為主控制器，利用Verilog HDL語言描述IP核形式設計SATA控制器核和NAND FLASH控制器核。SATA控制器核作為高速串行傳輸接口，實現SATA1.0協議，根據協議劃分四層模型，通過狀態機和邏輯電路實現協議功能。NAND FLASH控制器核管理NANDFLASH芯片陣列，將NAND FLASH接口轉換成通用的SRAM接口，提高訪問效率。控制器完成NAND FLASH存儲管理和糾錯算法，實現數據的存儲和讀取。最后完成固態硬盤控制器的模塊測試和整體測試，介紹了測試方法、測試工具和測試流程，給出測試數據和結果分析，得出了驗證結論。 本文設計的固態硬盤控制器，具有結構簡單和穩定性高的特點，易于升級和二次開發，是實現固態硬盤和固態存儲系統的關鍵技術。
上傳時間： 2013-05-28
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