近年來，隨著大規模集成電路的飛速發展，微控制器和數字信號處理器的性價比不斷提高，數字控制技術已逐步應用于大中功率高頻開關電源。相對于傳統模擬控制方式，數字控制方式具有電源設計靈活、外圍控制電路少、可采用較先進的控制算法、具有較高可靠性等優點。 高頻開關電源具有體積小、重量輕、效率高、輸出紋波小等特點，現已逐步成為現代通訊設備的新型基礎電源系統。針對傳統開關電源中損耗較大、超調量較大、動態性能較差等問題，本文采用基于DSP的全橋軟開關拓撲結構。全橋軟開關移相控制技術由智能DSP系統完成，采樣信號采用差分傳輸，控制算法采用模糊自適應PID算法，產生數字PWM波配合驅動電路控制全橋開關的通斷。在輸入端應用平均電流控制法的有源功率因數校正，使輸入電流跟隨輸入電壓的波形，從而使功率因數接近1。最后通過Matlab仿真結果表明模糊自適應PID控制算法比傳統PID控制算法在超調量，調節時間，動態特性等性能上具有優越性。 論文以高頻開關電源的設計為主線，在詳細分析各部分電路原理的基礎上，進行系統的主電路設計、輔助電路設計、控制電路設計、仿真研究、軟件實現。重點介紹了高頻變壓器的設計及模糊自適應PID控制器的實現。并將輔助電源及控制電路制成電路板，以及在此電路板基礎上進行各波形分析并進行相關實驗。
上傳時間： 2013-04-24
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本文介紹了埋弧焊的特點、發展過程、國內外的研究現狀；分析了軟開關逆變式主回路的優點、模擬電路控制系統和數字化控制系統的優缺點，指出數字化控制是逆變埋弧焊機控制的發展方向；對埋弧焊接工作原理和埋弧焊機控制系統進行分析，介紹了交流方波埋弧焊的優點；論述了變動送絲電弧控制系統的原理及影響因素，并且分析了變動送絲情況下焊接電弧的穩定性，為逆變式交流方波埋弧焊系統的設計提供了理論依據。 在分析傳統交流方波埋弧焊主回路的基礎上設計了主回路結構，對主回路中一次、二次逆變回路的軟開關工作方式進行分析并做了簡單仿真。IGBT是逆變電源的核心部件，文中論述了IGBT功率器件的選型和各種保護措施以保證系統的可靠工作。焊機工作發熱量很大，本文介紹了整機和關鍵器件的熱設計。 數字化控制方式是逆變埋弧焊機控制的發展方向，本文采用“MCU+DSP”的控制結構，對埋弧焊的整個焊接過程進行精確控制。文中詳細介紹了主控制板的設計思路和電源、電流與電壓反饋、控制芯片最小系統、通信與保護工作電路。焊機的工作中，各種干擾不可避免，對各種可能干擾分析的基礎上在硬件電路設計和PCB板的制作中采取了相應的抗干擾措施。軟件設計是焊接穩定進行的關鍵因素，文中介紹了控制系統中關鍵步驟的軟件設計思路和流程并在軟件的實現中采用抗干擾措施。 最后，對采用本控制系統的埋弧焊機進行初步實驗，結果表明本文所設計的埋弧焊機控制系統能夠滿足逆變埋弧自動焊的要求，具有電路簡單，控制精度高，抗干擾能力強、操作方便、工作穩定可靠等優點，提高了焊機的綜合性能及自動化程度。 本課題所設計的逆變式交流方波埋弧焊電源具有良好的輸出特性和控制性能，可滿足埋弧自動焊和手工焊的要求。采用交流方波的焊接波形、對焊接整個過程進行實時軟件控制，電弧穩定，焊接效果好。 關鍵詞：埋弧焊；交流方波；逆變；軟開關
上傳時間： 2013-06-08
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目前，小波分析在信息技術和其他學科方面的應用是眾多科技工作者關心的課題。在理論方面，新觀點、新方法不斷涌現。本文旨在完善小波的基本理論，對原有的小波去噪方法作進一步的改進。 經典的信號處理方法，例如傅立葉變換、短時傅立葉變換等具有局限性，因而限定了它們的應用范圍。小波分析作為一種全新的信號處理方法，它將信號中各種不同的頻率成分分解到互不重疊的頻帶上，為信號濾波、信噪分離和特征提取提供了有效途徑，特別在信號去噪方面顯出了獨特的優勢。本文介紹了經典的去噪方法，并對其適用范圍和效果進行了分析和比較。并且，討論了小波分析的基本理論，介紹了連續小波變換、離散小波變換和小波變換的快速分解與重構算法，最后研究了小波基的數學特性，分析了它們對實際應用的影響和作用。進而，介紹了小波的幾種去噪方法：小波變換高頻系數置零去噪方法、小波變換模極大值去噪方法、小波閾值去噪方法、小波空域相關性去噪方法。用小波變換將高頻系數強制置零去噪的方法是比較方便的，但它的不足之處是經將高頻系數強制置零去噪后重構的信號會使信號丟失一些細節，且小波基的選擇亦有相當的難度，只有靠經驗來確定，不過比傳統的濾波方法所得的效果還是要好。對于小波變換模極大值去噪的原理，分析了去噪過程中幾個參數的選取問題，并給出了一些選取依據；對小波閾值去噪方法的幾個關鍵問題進行了詳細討論。對閾值去噪進行了改進，利用均值逼近與閾值去噪相結合的方法來實現信號的處理，并通過實驗仿真實現。實驗結果表明該方法提高了信噪比，去噪效果優于單獨應用閾值去噪的方法。 在空域相關去噪算法的基礎上，進行了改進，利用閾值濾波與相關去噪算法相結合的一種組合去噪算法，仿真試驗結果表明，由該算法濾波之后得到的小波系數不僅連續性好，準確率高，而且易于重構信號。 本文分別對這四種方法進行了算法分析比較，通過實驗仿真來實現，并對實驗結果進行了分析。實驗仿真結果表明了利用小波分析理論對信號去噪的可行性和有效性。 關鍵詞：小波分析，信號去噪，閾值，均值逼近，空域相關
上傳時間： 2013-07-19
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隨著自動化技術的發展和城市化進程的加快，照明用電占人類總發電量的比重也越來越大，對電子鎮流器的要求也越來越高，即功率因數高低的要求更加明確，功率因數高低已成為綜合衡量整流設備的一個重要指標。 本次課題采用功率因數控制芯片UC3854為核心，設計了一種較寬電壓輸入范圍、固定電壓輸出的250W的AC/DC變換器。對該變換器所用的有源功率因數校正（APFC）系統與UC3854芯片的原理和結構做了詳細的分析與討論，介紹了UC3854的管腳排列及功能。所設計的以UC3854為核心的有源功率因數校正器能在90V～220V的寬電壓輸入范圍內得到穩定的380V直流電壓輸出，并使功率因數達到0.99以上。 MATLAB強大的信號分析處理能力對高效地設計APFC系統及整定各個環節的參數帶來了極大便利。本文同時也采用MATLAB設計實現了一個有源功率因數校正器的仿真，用SIMULINK已有模塊模擬了UC3854的控制過程，給出了仿真電路和波形。 本文創新性的將系統工程引入APFC電路中，將系統工程中的建模分析和狀態空間法應用到此次設計的系統中，使得此次工程設計提升到了抽象的數學概念上。用數學模型可以表達出主電路的工作原理，從狀態空間法中找出了改變系統動態性能的相應參數，為此類電路的設計提供了理論依據。
上傳時間： 2013-05-24
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數字技術、電力電子技術以及控制論的進步推動弧焊電源從模擬階段發展到數字階段。數字化逆變弧焊電源不僅可靠性高、控制精度高而且容易大規模集成、方便升級，成為焊機的發展方向，推動了焊接產業的巨大發展。針對傳統的埋弧焊電源存在的體積大、控制電路復雜、可靠性差等問題，本文提出了雙逆變結構的焊機主電路實現方法和基于“MCU+DSP”的數字化埋弧焊控制系統的設計方案。 本文詳細介紹了埋弧焊的特點和應用，從主電源、控制系統兩個方面闡述了數字化逆變電源的發展歷程，對數字化交流方波埋弧焊的國內外研究現狀進行了深入探討，設計了雙逆變結構的數字化焊接系統，實現了穩定的交流方波輸出。 根據埋弧焊的電弧特點和交流方波的輸出特性，本文采用雙逆變結構設計焊機主電路，一次逆變電路選用改進的相移諧振軟開關，二次逆變電路選用半橋拓撲形式，并研究了兩次逆變過程的原理和控制方式，進行了相關參數計算。根據主電路電路的設計要求，電流型PWM控制芯片UC3846用于一次逆變電路的控制并抑制變壓器偏磁，選擇集成驅動芯片EXB841作為二次逆變電路的驅動。 本課題基于“MCU+DSP”的雙機主控系統來實現焊接電源的控制。其中主控板單片機ATmega64L主要負責送絲機和行走小車的速度反饋及閉環PI運算、電機PWM斬波控制以及過壓、過流、過熱等保護電路的控制。DSP芯片MC56F8323則主要負責焊接電流、焊接電壓的反饋和閉環PI運算以及控制焊接時序，以確保良好的電源外特性輸出。外部控制箱通過按鍵、旋轉編碼器進行焊接參數和焊接狀態的給定，預置和顯示各種焊接參數，快速檢測焊機狀態并加以保護。 主控板芯片之間通過SPI通訊，外部控制箱和主控板之間則通過RS—485協議交換數據。通過軟件設計，實現焊接參數的PI調節，精確控制了焊接過程，并進行了抗干擾設計，解決了影響數字化埋弧焊電源穩定運行的電磁兼容問題。 系統分析了交流方波參數的變化對焊接效果的影響，通過對焊接電流、焊接電壓的波形分析，證明了本課題設計的埋弧焊電源能夠精確控制引弧、焊接、 收弧等焊接時序，并可以有效抑制功率開關器件的過流和變壓器的偏磁問題，取得了良好的焊接效果。 最后，對數字化交流方波埋弧焊的控制系統和焊接試驗進行了總結，分析了系統存在的問題和不足，并指出了新的研究方向。 關鍵詞：埋弧焊；交流方波；數字化；逆變；軟開關技術
上傳時間： 2013-04-24
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作為新一代直流輸電技術，基于電壓源換流器的高壓直流輸電憑借其獨特的技術優點取得了飛速的發展，并已在新能源發電系統聯網、電網非同步互聯、無源系統供電、無功補償等場合得到實際工程應用。在我國，VSC-HVDC的研究尚處于起步階段。本論文著重開展了VSC-HVDC技術的數學建模和控制策略的研究。論文的主要工作和取得的創新性成果如下： 1．建立了系統標么值模型，分析了VSC-HVDC的運行原理和穩態功率特性。明確了系統主電路參數對運行特性的影響，在此基礎上提出了一種功率定義下的換流電抗、直流電壓和直流電容以及頻域下的交流濾波器參數設計方法。 2．設計了一種基于無差拍控制的VSC-HVDC直接電流離散控制器。針對控制系統存在的VSC電壓輸出能力限制、PI控制器積分飽和現象和離散采樣時間延遲問題，提出了相應的解決方法，推導了其電流內環控制器與功率外環離散控制器的設計原則。 3．推導了換流站網側與VSC交流側功率節點以及換流電抗與損耗電阻上的瞬時功率方程，在此基礎上提出了一種換流站網側功率節點控制并補償換流電抗與損耗電阻消耗二倍頻功率的不平衡控制策略，設計了該控制策略下的雙序矢量控制器模型。同時針對傳統dq軟件鎖相環在電壓不平衡時鎖相速度慢的缺點，提出了一種基于前置相序分解的頻率自適應dq鎖相環，提高了不平衡控制算法的動態性能與穩態特性。 4．對VSC閥在交流電網低電壓故障下的過流現象進行分析并提出了一種考慮正負序分量影響的指令電流限制器，保證了故障限流效果。分析比較了VSC閥電流裕度穿越法和指令電流限制器穿越法的特性，在此基礎上提出一種結合正負序指令電流限制器與控制模式切換的交流電網低電壓穿越控制方法，從而解決交流電網低電壓故障時系統穩定與VSC過流問題。 5．在分析現有VSC-HVDC拓撲的基礎上，從降低電力電子器件直接串聯數目、器件開關頻率和簡化主電路拓撲結構三個方面出發，將傳統直流輸電中常用的變壓器隔離式多模塊結構引入VSC-HVDC系統，并針對該模塊級聯式拓撲提出一種系統協調控制與模塊獨立運行相結合的新型控制策略。針對該拓撲下送端站存在的各模塊直流側電容電壓均衡問題，提出了一種基于有功分量調節的直流側電壓控制方法。
上傳時間： 2013-06-03
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傳統開環運行的三相混合式步進電動機驅動系統中存在著振蕩和失步等不足之處。本文針對這種情況，通過對理想化三相混合式步進電動機數學模型的分析，把三相混合式步進電動機視為一種低速同步電動機。同時，結合電流跟蹤型PWM控制方式及恒流斬波驅動的工作原理，設計了基于數字信號處理器TMS320F2812的全數字三相混合式步進電動機正弦波細分驅動系統。 首先，本文從三相混合式步進電動機的數學模型出發，對步進電動機的細分驅動方式進行了研究，分析了步進電動機連續均勻旋轉的工作機理。然后分析了步進電動機的運行特性及細分控制的必要性，進而分析了細分驅動對改善步進電動機運行性能的作用，并針對細分運行的一些不足之處，提出了均勻細分恒轉矩控制的方案。理論分析表明，在混合式步進電動機的三相定子繞組中通以互差120°的正弦波電流時，可得到類似同步機的轉矩特性，使電動機均勻旋轉。 本系統硬件電路以TMS320F2812為核心，采用正弦波細分和電流跟蹤型脈寬調制（PWM）技術實現三相混合式步進電動機的細分控制，使三相定子繞組電流嚴格跟蹤電流給定信號變化。應用IR公司的IR2130集成驅動芯片進行了步進電動機驅動系統的功率驅動環節的設計，節省了板上空間，減小了裝置體積。同時從裝置可靠性出發，設計了一套安全可靠的硬件保護電路。 實驗結果表明，本文所設計的三相混合式步進電動機正弦波細分驅動器具有優良的控制性能。細分運行時減弱了混合式步進電動機的低速振動和噪聲，使電動機運行平穩，并改善了其低頻運行性能。
上傳時間： 2013-06-27
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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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以諧波抑制，無功補償為主要功能的有源電力濾波器的基本理論已經成熟，但是市場尚無成熟的諧波有源抑制產品，同時電網諧波問題日益突出，因此需要對有源電力濾波器進行產業化應用研究。并聯有源電力濾波器以其安裝、維護方便，成為商用化產品的主流。所以本文針對并聯有源電力濾波器，展開產業化應用研究。 本文研究工作首先由如下工程問題引出：并聯有源電力濾波器在補償辦公樓電氣負載產生的諧波電流時，會出現諧波放大現象。辦公樓電氣負載主要是計算機、開關電源、不間斷電源、電壓型變頻器等，這些都是電壓型諧波源．本文以電容濾波型整流電路（電壓型諧波源）的分析作為切入點，基于“分段線性化”方法，對并聯有源電力濾波器補償電容濾波型整流負載進行了穩態分析，得到系統的電流和電壓波形，進而獲得其頻譜特性。通過本文所述穩態分析方法，可以從理論上理解并聯有源電力濾波器補償電容濾波型整流負載的工作過程，對有源電力濾波器的應用研究具有重要的理論和實際意義。 本文在分析辦公樓負載電氣特性的基礎上，建立了有源電力濾波器補償容性負載的簡化模型，依據該模型分析了負載中容性元件的電容值與諧波電流放大之間的關系；為了克服諧波放大現象，本文首先通過負載電流采樣環節后加裝濾波器的方式，將電流諧振頻率分量從采樣值中濾除，雖然達到了抑制諧波放大的目的，但是由于延時的引入，使得補償后網側電流畸變率（THD）急劇升高；然后根據這一思路，采用基于快速傅立葉變換（FFT）的有選擇諧波補償方法將電流諧振頻率分量從負載電流采樣值中濾除，使得系統在諧振頻率處變為開環控制，使系統穩定。經過對辦公樓負載的實際并網諧波補償實驗證明基于FFT的有選擇諧波補償方法對于抑制諧波放大是有效的。本創新點的研究工作對于實際工程應用具有參考價值。 為了滿足大容量的諧波抑制要求，本文提出了模塊化有源電力濾波器并聯補償方案，該方案的特點是模塊化結構及N+1冗余并聯控制策略、主從總線結構及主機產生、負載電流檢測方案以及并聯均流策略。主機產生及負載電流檢測是這一并聯方案的突出特點，體現了本文的創新性工作。本文還對多模塊并聯系統進行了建模和穩定性研究；依據模塊化并聯補償方案，在省科技計劃重點項目的支持下，對有源電力濾波器進行產業化研究，從項目方案、設計、器件選型，樣機調試、滿功率運行及性能檢測、樓宇負載與工業負載的實際并網實驗，直至工業樣機定型，對有源電力濾波器的產業化應用研究起了較大的推進作用，支撐項目目前已經有定型的工業化產品推出。 全文圍繞上述三個方面展開，章節分排如下：（1）第一章從實際應用角度，總結闡述了有源電力濾波技術在諧波檢測、電流跟蹤控制、拓撲結構三個方面的研究進展；（2）第二章對并聯有源電力濾波器補償電容濾波型整流負載進行了穩態分析；（3）第三章分析了有源電力濾波器補償容性負載時出現的諧波放大現象，并利用FFT方法使得系統在諧振頻率處變為開環控制，達到抑制諧波放大的目的；（4）第四章、第五章提出有源電力濾波器模塊化并聯方案，并詳細說明了模塊化并聯系統的設計和實驗；（5）第六章對全文進行了總結，并對今后的研究工作進行了展望。
上傳時間： 2013-04-24
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統一潮流控制器(UPFC)作為一種典型的FACTS裝置，綜合了FACTS元件的多種靈活控制手段，能同時或選擇地控制線路的基本參數(電壓、阻抗、相角)，也可交替地控制線路上的有功和無功潮流，還可獨立地提供可控的并聯無功補償。因此UPFC被認為是最有創造性，功能最強大的FACTS元件。 首先，本文詳細分析了統一潮流控制器的基本結構和工作原理。采用開關函數法建立了電壓源型變流器的數學模型，并推導了統一潮流控制器在abc三相坐標系和dq旋轉坐標系下的數學模型，該模型考慮到直流環節電容儲能的動態變化過程，從而使其更適合于系統的動態特性分析。本文討論的UPFC控制采用基于兩相旋轉坐標系下的非線性解耦控制方案，在UPFC的精確模型下具有可快速跟蹤給定值的優點，且在dq坐標系下可以實現有功和無功功率的獨立控制；在電容電壓PI調節中加入電流反饋，使其更接近真實值。 其次，本論文在分析UPFC數學模型的基礎上建立了UPFC在MATLAB平臺上的仿真模型；然后利用MATLAB建立了三相環形電力系統，將UPFC模型應用到該系統中，著重研究了UPFC對電網電能質量的影響。首先研究了UPFC對故障系統中電網功率的影響以及UPFC對提高故障系統功率穩定性的作用；同時，對UPFC能夠抑制無故障系統中系統接入電網時的功率沖擊進行了研究。最后，通過仿真波形研究了UPFC對電網故障中電壓跌落的補償作用以及UPFC對正常系統電壓的影響，結果發現，UPFC可以保持故障中的系統電壓為正弦波。
上傳時間： 2013-04-24
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