超聲波電機(Ultrasonic Motor簡稱USM)是八十年代發展起來的新型微電機。本文針對超聲波電機及其控制技術的研究現狀和發展趨勢,以我國研究技術相對比較成熟并有產業化前景的行波超聲波電機(Traveling-wave Ultrasonic Motor簡稱TUSM)的伺服控制技術為研究對象,以直徑60mm的行波超聲波電機TUSM60為研究實例,在特性測試、動穩態性能分析,辨識模型建立、控制策略與控制算法的選擇與實現等方面展開研究。本論具體的研究內容為： 在分析超聲波電機研究歷史和現狀的基礎上,結合國內外超聲波電機特別是行波超聲波電機控制技術的發展趨勢,重點論述了行波超聲波電機及其驅動控制技術的研究進展。 介紹行波超聲波電機的基本結構,并從該電機的主要理論基礎--壓電原理、行波合成、接觸模型出發,分析了行波超聲波電機定子質點的運動方程.并結合定轉子摩擦接觸特點,分析了行波超聲波電機的運行機理。 根據對行波超聲波電機測試和高精度控制的要求,研制出基于雙DSP和FPGA的超聲波電機高性能測試控制平臺。其中控制核心采用了雙DSP結構,可以在對行波超聲波電機進行控制的同時,將必要的參數讀取出來進行分析和研究。為行波超聲波電機瞬態特性分析以及控制策略、控制算法的深入研究打下了基礎。 對電機的瞬態、穩態特性進行的測試,可以分析驅動頻率、電壓以及相位差等調節量對電機輸出的影響。在此基礎上進一步對行波超聲波電機的調節方式、控制算法選擇方面進行分析,并得到相應結論。 通過對實驗數據的總結和歸納,利用系統辨識中的非參數方法,建立在特定頻率條件下的近似線性模型。在行波超聲波電機工作范圍內,辨識若干組不同頻率條件下的近似線性模型,將這些模型的參數進行二維或三維擬合,可以得到一個關于行波超聲波電機傳遞函數的模型。辨識模型的建立為合理的選擇和優化控制參數,控制效果的驗證等提供了行之有效的手段。 在對行波超聲波電機的速度控制、位置控制展開的研究中.首先利用遺傳算法對常規PI恒轉速控制的控制參數整定及修正方法進行了研究；利用神經元的在線自學習能力,研究和設計單神經元PID-PI轉速控制器,提高控制系統對電機非線性和時變性的適應能力；為了消除在伺服控制中,單一調節量(驅動頻率)情況下,低轉速的跳躍問題,研究和討論了多調節量分段控制方法,并利用模糊控制對控制方法的有效性進行了驗證；在位置控制中,利用轉速控制研究的結果,研究和設計了位置--速度雙環(串級)控制器,實現了電機高精度位置伺服控制。 通過對已有控制系統的改進和簡化,設計和研制了具有實用化價值行波超聲波電機控制器：并將研究成果應用于針對核磁成像設備而設計的行波超聲波電機隨動控制系統中,同時嘗試了將該控制器用于高精度X-Y兩維定位平臺。
上傳時間： 2013-07-13
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本文主要研究的是一個基于ARM7最小系統的研究設計，本系統主要由LPC2210，以及復位電路、晶振電路、程序存儲器、蜂鳴器等部分組成。本系統的特點是性能高、成本低并且耗能小等特點。 主要研究內容： ? 1 以高速低功耗的ARM作為控制核心，設計ARM最小系統的有關軟硬件； ? 2 MCU與存儲器和串行通信的接口設計； ? 3 與計算機進行通信的軟硬件設計
上傳時間： 2013-04-24
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隨著電力電子技術的迅速發展和推廣應用，利用計算機仿真對電力電子電路進行分析和研究得到了日益廣泛的重視。盡管目前一些仿真軟件都有比較強大的功能，可以利用它們來完成某些電力電子裝置的某些分析工作，但是由于器件模型的限制和電力電子裝置負載的復雜性，使得這些軟件并不能完成對于電力電子裝置所要進行的所有分析要求，特別是當其被用于電力電子裝置故障運行的仿真。針對上述問題，本論文在研究器件建模方法和裝置仿真方法的基礎上，運用C++語言開發了一個可專門用于電力電子裝置仿真分析的程序。 本課題首先對于各種電力電子器件進行建模。在對各種元器件特性深入研究的基礎上利用已知的電路原理和建模方法，抓住各具體電力電子器件的主要特征，建立其電路及邏輯仿真模型。由于本論文中研究的是電力電子裝置作為一個整體的特性，所以在對器件電路模型的建模過程采用高層次的電路模型，即理想開關模型和雙極性電阻模型。器件的邏輯模型則是通過皮特里網絡來實現，根據仿真的目的可建立不同精細程度的邏輯模型。因為器件邏輯模型的建模過程中采取的逐步細化的原則與面向對象程序設計中自頂而下，逐步求精的思想不謀而合，所以在仿真程序中采用C++語言對所建立的器件模型進行描述。 針對電力電子裝置的非線性，病態特性和其負載的復雜性，使用階段仿真的思想進行程序設計。確定了仿真程序的總體結構，并實現了程序的模塊化設計。利用通用的狀態變化檢測模塊和兼容性檢測模塊在程序中確定電路結構發生變化的精確時刻，它們獨立于具體的電路結構。狀態方程模塊和輸出方程模塊雖然與具體的電路結構相關，但是亦可將其設計為模塊的形式，針對不同的電路結構僅需改變模塊中對于狀態方程和輸出方程的描述。鑒于數值計算方法對于仿真結果的重要性，本論文中討論了幾種數值積分方法的特點及適用范圍，并在程序用編寫了幾種常用的算法，以供用戶選擇。通過對于瓦格納斬波器、三相全控整流橋和三相半控整流橋的仿真驗證仿真程序的正確性和實用性。
上傳時間： 2013-07-16
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與傳統的徑向磁通圓柱式電機相比，軸向磁通的盤式無鐵心永磁同步電機有著許多明顯的優點：其結構較為簡單，加工及裝配費用低，電機運行可靠，不需勵磁電流，提高了電機的效率和功率密度。盤式電機永磁化是一種發展趨勢，而稀土材料是其首選的永磁材料。我國已研制出盤式永磁同步電機，但還處于試制階段，要實現產品化，還有許多研究課題亟待解決。 本文主要針對該電機的氣隙磁密進行分析，對影響氣隙磁密的各種因素展開了研究。具體內容如下： 1) 回顧了永磁電機的研究歷史、發展現狀和主要應用，對永磁材料的性能及選取、聚磁技術、電機磁場計算所需理論和有限元軟件進行了介紹。 2) 將電機內的電磁場、有限元軟件和盤式無鐵心永磁電機特殊結構相結合，設計出了近二十個有限元計算程序，組成一個針對盤式無鐵心永磁同步電機的計算軟件包，由這些計算程序出發，對盤式無鐵心永磁同步電機進行一系列仿真分析計算。 在繪制氣隙磁密三維分布圖時，由于有限元軟件在繪圖方面的限制，需要將氣隙磁密數據從有限元軟件中導出到文本文件，再由其它數學工具進行氣隙磁密的三維圖形繪制。在這一過程中由于導出數據格式與繪圖工具所需數據格式不能兼容，還需要對導出數據進行處理。由于有限元軟件導出的數據量很大，如果對這些數據進行人工整理將增加大量的工作量，所以作者在研究過程中，針對導出數據的特點編寫了一個Vb數據處理程序，使數據處理工作得到大大簡化。 3) 在上述建立的軟件包的基礎上，對基于Halbach陣列的盤式無鐵心永磁同步電機進行了一系列系統分析，其中包括三維開域磁場分析、永磁體厚度對電機氣隙磁密的影響及分析、永磁體寬度變化時氣隙磁場分析、采用不同角度Halbach陣列時的氣隙磁密分析、不同半徑處氣隙磁密分析，為在電機設計過程中永磁體的設計提供了依據。 4) 在對盤式無鐵心永磁同步電機磁場進行詳盡的分析的基礎之上，本文提出了對該電機的新設計方案，并就此方案進行了建模分析，結果表明，此新方案所得到的氣隙磁密比原結構的氣隙磁密更為理想。此外，還對新模型從定性的角度進行了渦流損耗分析，分析表明其結構有利于減小渦流損耗。
上傳時間： 2013-04-24
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近年來，隨著汽車工業的迅速發展，環境污染、全球變暖、能源短缺的壓力使傳統的內燃機汽車面臨前所未有的挑戰，燃料電池電動汽車已成為汽車工業新的熱點。由于燃料電池輸出特性的特殊性，輸出端必須連接DC/DC變換器，使之與驅動器配合。因此，DC/DC變換器是燃料電池電動汽車的關鍵零部件之一。 本論文主要對燃料電池電動轎車FCEV(Fuel Cell Electric Vehicle)用DC/DC變換器的主電路拓撲結構、參數設計及電磁兼容(EMC)問題進行了研究。重點針對升降壓和雙向DC/DC變換器進行分析研究。 首先介紹分析了幾種傳統升降壓直流變換器的工作原理和優缺點。針對燃料電池的特性和電動汽車對升降壓DC/DC變換器的性能指標要求，分析比較了非隔離式直流變換器的一些優點和缺點，提出了Buck-Boost級聯的升降壓主電路方案并提出相關的控制策略。然后運用模擬仿真軟件MATLAB仿真分析了控制策略的正確性。 其次分析研究了雙向DC/DC變換器的應用與設計，綜合比較現有的各種隔離與非隔離方案，結合車用要求，選擇了非隔離式的Buck-Boost拓撲。針對其工作原理、特點進行了雙向DC/DC變換器主電路與控制電路的設計研究，重點研究其過渡過程的控制策略。在利用MATLAB進行各種過渡過程的仿真分析的基礎上，選取了最佳的過渡控制方案。并利用該控制策略編制DSP控制程序，制作了小功率1kW數字控制雙向DC/DC變換器。 最后深入討論了DC/DC變換器中的電磁兼容問題。分析了DC/DC變換器主電路中存在的主要干擾源、干擾產生的機理以及干擾傳播途徑，然后以此出發，重點討論了各種抑制電磁騷擾(EMI)和電磁抗干擾(EMS)的方法及措施，給出具體方案。
上傳時間： 2013-05-24
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電子式互感器與傳統電磁式互感器相比，在帶寬、絕緣和成本等方面具有優勢，因而代表了高電壓等級電力系統中電流和電壓測量的一種極具吸引力的發展方向。隨著信息技術的發展和電力市場中競爭機制的形成，電子式互感器成為人們研究的熱點；越來越多的新技術被引入到電子式互感器設計中，以提高其工作可靠性，降低運行總成本，減小對生態環境的壓力。本文圍繞電子式互感器實用化中的關鍵技術而展開理論與實驗研究，具體包括新型傳感器、雙傳感器的數據融合算法、數字接口、組合式電源、低功耗技術和自監測功能的實現等。 目前電子式電流互感器(ECT)大多數采用單傳感器開環結構，對每個環節的精度和可靠性的要求都很高，嚴重制約了ECT整體性能的提高，影響其實用化。本文介紹了新型傳感器～鐵心線圈式低功率電流傳感器(LPET)和印刷電路板(PCB)空心線圈及其數字積分器，在此基礎上設計了一種基于LPCT和PCB空心線圈的組合結構的新型電流傳感器。該結構具有并聯的特點，結合了這兩種互感器的優點，采用數據融合算法來處理兩路信號，實現高精度測量和提高系統可靠性，并探索出辨別LPET飽和的新方法。試驗和仿真結果表明，這種新型電流傳感器可以覆蓋較大的電流測量范圍，達到IEC 60044-8標準中關于測量(幅值誤差)、保護(復合誤差)和暫態響應(峰值)的準確度要求，能夠作為多用途電流傳感器使用。 在電子式電壓互感器方面，基于精密電阻分壓器的新型傳感器在原理、結構和輸出信號等方面與傳統的電壓互感器有很大不同，本文設計了一種可替代10kV電磁式電壓互感器的精密電阻分壓器。通過試驗研究與計算分析，得出其性能主要受電阻特性和雜散電容的影響，并給出了減小其誤差的方法。測試結果表明，設計的10kV精密電阻分壓器的準確度滿足IEC 60044-7標準要求，可達0.2級。 電子式互感器的關鍵技術之一是內部的數字化以及其標準化接口，本文以10kV組合型電子式互感器為對象設計了一種實用化的數字系統。以精密電阻分壓器作為電壓傳感器，電流傳感器則采用基于數據融合算法的LPCT和PCB空心線圈的組合結構。本文首先解決了互感器間的同步與傳感器間的內部同步問題，進而依照IEC61850-9-1標準，實現了組合型電子式互感器的100M以太網接口。 電子式電流互感器在高電壓等級的應用研究中，ECT高壓側的電源問題是關鍵技術之一。論文首先分析了兩種電源方案：取電CT電源和激光電源。取電CT電源通過一個特制的電流互感器(取電CT)，直接從高壓側母線電流中獲取電能。在取電CT和整流橋之間設計一個串聯電感，大大降低了施加在整流橋上的的感應電壓并限制了取電CT的輸出電流，起到了穩定電壓和保護后續電路的作用。激光電源方案以先進的光電轉換器、半導體激光二極管和光纖為基礎，單獨一根上行光纖同時完成供能和控制信號的傳輸，在不影響光供能穩定性的情況下，數據通信完成在短暫的供能間隔中。在高電位端控制信號通過在能量變換電路中增加一個比較器電路被提取出來。本文還提出了一種將兩種供能方式結合使用的組合電源，并設計了這兩種電源之間的切換方法，解決了取電CT電源的死區問題，延長了激光器的使用壽命。作為綜合應用實例，設計并完成了以LPCT為傳感器、由組合電源供能、采用低功耗技術的高壓電子式電流互感器。互感器高壓側的一次轉換器能夠提供兩路傳感器數據通道，并且具有溫度補償和采集通道的自校正功能，在更寬溫度、更大電流范圍內保證了極高的測量精度：互感器低電位端的二次轉換器具有數字和模擬接口，可以接收數據并發送命令來控制一次轉換器，包括同步和校正命令在內的數據信號可以通過同一根供能光纖傳送到一次轉換器。該互感器具有在線監測功能，這種預防性維護和自檢測功能夠提示維護或提出警告，提高了可靠性。系統測試表明：具有低功耗光纖發射驅動電路的一次轉換器平均功耗在40mw以下：上行光纖中通信波特率可以達到200kb/s，下行光纖中更是高達2Mb/s；系統準確度同時滿足IEC6044-8標準對0.2S級測量和5TPE級保護電子式互感器的要求。
上傳時間： 2013-06-09
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微機電系統（MEMS）器件的構成涉及微電子、微機械、微動力、微熱力、微流體學、材料、物理、化學、生物等多個領域，形成了多能量域并交叉耦合。為其產品的建模、仿真以及優化設計帶來了較大的難度。由于靜電驅動的原理簡單使其成為MEMS器件中機械動作的主要來源。而梳齒結構在MEMS器件中有廣泛的應用：微諧振器、微機械加速度計、微機械陀螺儀、微鏡、微鑷、微泵等。所以做為MEMS的重要驅動方式和結構形式，靜電驅動梳齒結構MEMS器件的耦合場仿真分析以及優化設計對MEMS的開發具有很重要的意義。本課題的研究對靜電驅動梳齒結構MEMS器件的設計具有較大的理論研究意義。 本文的研究工作主要包括以下幾個方面： 1、采用降階宏建模技術快速求解靜電梳齒驅動器靜電－結構耦合問題，降階建模被用于表示微諧振器的靜態動態特性。論文采用降階建模方法詳細分析了靜電梳齒驅動器的各參數對所產生靜電力以及驅動位移的關系；并對靜電梳齒驅動器梳齒電容結構的靜電場進行分析和模擬，深入討論了邊緣效應的影響；還對微諧振器動態特性的各個模態進行仿真分析，并計算分析了前六階模態的頻率和諧振幅值。仿真結果表明降階建模方法能夠快速、準確地實現多耦合域的求解。 2、從系統角度出發考慮了各個子系統對叉指式微機械陀螺儀特性的影響，系統詳細地分析了與叉指狀微機械陀螺儀性能指標－靈敏度密切相關的結構特性、電子電路、加工工藝和空氣阻尼，并在此分析的基礎上建立了陀螺的統一多學科優化模型并對其進行多學科優化設計。將遺傳算法和差分進化算法的全局尋優與陀螺儀系統級優化相結合，證實了遺傳算法和差分進化算法在MEMS系統級優化中的可行性，并比較遺傳算法和差分進化算法的優化結果，差分進化算法的優化結果較大地改善了器件的性能。 3、從系統角度出發考慮了各個子系統對梳齒式微加速度計特性的影響，在對梳齒式微加速度計各個學科的設計要素進行分析的基礎上，對各個子系統分別建立相對獨立的優化模型，采用差分進化算法和多目標遺傳算法對其進行優化設計。證實了差分進化算法和多目標遺傳算法對多個子系統耦合的系統級優化的可行性，并比較了將多目標轉換為單目標進行優化和采用多目標進行優化的區別和結果，優化結果使器件的性能得到了改善。
上傳時間： 2013-05-15
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低壓電器電弧運動過程三維成像理論及運動機理研究在國內外取得了一定的進展，但作為一種新型電弧研究方法，特別是對電弧運動可視化方面的研究尚處于起步階段，其技術涉及到電器學、數值計算、圖像處理、計算機科學等眾多學科領域，加之電弧復雜的非線性特性及其瞬時特性，導致測量研究的困難，在電弧機理、性能分析和模型設計等方面都還不夠成熟、完善。所以，在電弧模型理論研究、電器電磁機構的三維有限元分析、電器的計算機輔助設計、電弧動態特性研究等方面，存在大量的工作要做。對這些問題的深入研究，可以更好地認識電器觸頭在整個運動過程中極其復雜的電、熱、磁、機械等一系列現象。 為了從不同角度觀察分析電弧在滅弧室中的動態運動過程，本文在研究開關電器電弧圖像增強及運動過程三維可視化的基礎上，分析電弧形成機理、電弧特性和運動形態的基本理論，進一步考慮其模型特性和電弧等離子體磁壓縮效應，建立其運動數學模型。電弧圖像需要的處理主要有：圖像數字化、圖像平滑、圖像分割、圖像邊緣檢測、圖像增強。本文提出一種基于小波變換的圖像增強和直方圖的圖像增強算法，在保留電弧弧柱強特征的同時，突出顯示電器動觸頭圖像特征使增強后的電弧圖像適合人類的視覺特征，為電弧動態過程分析和電弧可視化模型的構建提供有效的分析基礎，并取得良好的電弧圖像增強效果。本文構造了基于比色測溫原理的電弧輻射拾取、圖像采集、同步控制、數據處理等硬件裝置，對試驗采集裝置進行了標定；將醫學上成功應用的計算機層析成像理論，應用于對電弧進行三維溫度場重建的研究，構造可單面陣CCD采集三組六路投影輻射強度的實驗裝置，通過對觸頭邊緣檢測的手段精確定位于不同光路中電弧的位置，對輻射拾取光路進行校準，編制了系統軟件，實現電弧三維溫度場的重建。研究數學模擬計算方法，提出了適合低壓電器電弧數學模型計算的方法。用計算機求解獲得以前依靠實驗才能獲得的開斷波形及運動過程，將理論分析、試驗研究和計算機仿真有機結合起來，使產品設計更加科學和準確，可以大大減少設計周期，減少試驗的盲目性和費用，有利于提高電器產品的技術性能，對于新產品開發，優化滅弧室設計及模擬實驗，具有十分重要的意義。
上傳時間： 2013-04-24
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逆變電源的發展是和電力電子器件的發展聯系在一起的，隨著現代電力電子技術的迅猛發展，逆變電源在許多領域的應用也越來越廣泛，同時對逆變電源輸出電壓波形質量提出了越來越高的要求。逆變電源輸出波形質量主要包括三個方面：一是輸出穩定精度高；二是動態性能好；三是帶負載適應性強。因此開發既具有結構簡單，又具有優良動、靜態性能和負載適應性的逆變電源，一直是研究者在逆變電源方面追求的目標。本文對逆變電源三閉環控制方案、輸出相位控制、逆變電源數字化控制系統進行研究，以期得到具有高品質和高可靠性的逆變電源。 本文研究了單相全橋逆變電源與三相橋式逆變電源主電路參數，包括逆變器、吸收電路、驅動電路、變壓器和濾波器，并對逆變電源變壓器的偏磁產生原因進行了深入分析，最后給出了有效的抗偏磁措施。針對三相橋式逆變電源通常不能保證三相電壓輸出平衡，研究了一種可以帶不平衡負載的三相逆變電源。研究了逆變電源的控制原理，建立了逆變電源系統動態模型，在此基礎上對逆變電源的各種控制方案的性能進行了對比研究，從而確定了一種新穎的高性能逆變電源多閉環控制方案。另外，針對逆變電源輸出相位存在固有滯后問題，采用了一種利用電壓瞬時值內環對逆變電源滯后的相角進行補償控制的策略，分析表明上述控制策略雖然有效，但無法做到輸出相角穩態無差，對此，提出一種移相控制方案設想，相當于在原多環控制方案的基礎上加了一個相位控制環。這樣可以使逆變電源輸出相位誤差得到有效的補償，輸出相位精度更高。文章設計了逆變電源數字控制系統，采用TMS320LF2407A控制產生SPWM波，給出控制系統DSP程序運行流程圖，并用DSP對其進行了實現數字化。多環反饋控制系統的采用，使系統具有優異的穩態特性、動態特性和對非線性負載的適應性，使逆變電源的性能得到有效提高。
上傳時間： 2013-04-24
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近年來，隨著集成電路技術和電源管理技術的發展，低壓差線性穩壓器（LDO）受到了普遍的關注，被廣泛應用于便攜式電子產品如PDA、MP3播放器、數碼相機、無線電話與通信設備、醫療設備和測試儀器等中，但國內研究起步晚，市場大部分被國外產品占有，因此，開展本課題的研究具有特別重要的意義。 首先，簡單闡述了課題研究的背景及意義，分析了低壓差線性穩壓器（LDO）研究的現狀和發展趨勢，并提出了設計的預期技術指標。 其次，詳細分析了LDO線性穩壓器的理論基礎，包括其結構、各功能模塊的作用、系統工作原理、性能指標定義及設計時對性能指標之間相互矛盾的折衷考慮。 再次，設計了基于自偏置電流源的帶隙基準電壓源，選取PMOS管作為系統的調整元件并計算出了其尺寸，設計了基于CMOS工藝的兩級誤差運算放大器。利用HSPICE工具仿真了基準電壓源和誤差運算放大器的相關性能參數。 然后，重點分析了穩壓器的穩定性特征，指出系統存在的潛在不穩定性，詳細論述了穩定性補償的必要性，比較了業界使用過的幾種穩定性補償方法的不足之處，提出了一種基于電容反饋VCCS的補償方法，對系統進行了穩定性的補償； 最后，將所設計的模塊進行聯合，設計了一款基于CMOS工藝的LDO線性穩壓器電路，利用HSPICE工具驗證了其壓差電壓、靜態電流、線性調整率等性能指標，仿真結果驗證了理論分析的正確性、設計方法的可行性。
上傳時間： 2013-07-08
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