本文以濾波技術飛速發展,小波濾波優越性的凸現,以及虛擬儀器的易操作等良好特性為背景,以簡單易行和濾波效果良好為研究目的,展開本文信號濾波處理的研究工作。 在深入研究三種小波濾波方法原理和優缺點的基礎上,本文提出了一種新的優化濾波方法,包括以下三個方面: 首先,將靜態小波變換(SWT)應用于濾波處理。利用SWT的平移不變性和冗余性來進行含噪信號的分解,這樣不僅彌補了正交小波變換的不足,而且提高了濾波性能。 然后,提出了基于空域相關的優化閾值函數濾波算法。該算法把小波系數間的相關性應用于閾值濾波。它是在構造出基于空域相關的顯著性函數和基于顯著性函數的閾值濾波過程的基礎上,提出了基于空域相關的優化閾值函數,并且把極小化廣義交叉驗證(GCV)得到均方差(MSE)意義下的最優閾值作用于該優化閾值函數。該濾波算法不僅實現了噪聲的有效去除,而且信號的重要特征也保留完好; 最后,引入了新型鎖相環--正交鎖相環(QPLL)。鑒于QPLL不僅具有鎖定范圍寬、入鎖速度快、鎖定后精度高的性能,而且還具有良好的抑制諧波、噪聲的能力,以及對波形畸變不敏感等良好特性,所以QPLL的引入達到了信號鎖定和優化濾波的目的,使優化濾波方法的設計更具新意,而且取得了更好的濾波效果。 為了驗證優化濾波方法,本文搭建了實驗平臺,它是由FPGA信號采集部分和LabVIEW軟件濾波處理兩個部分構成。通過傳感器采集信號,經過A/D轉換后送入FPGA。以FPGA為CPU控制A/D轉換,并進行波形數據緩存,在接收到LabVIEW的命令后,將存儲的數據送給串口。在LabVIEW中,從串口檢測所需的波形數據,然后通過優化濾波方法將數據進行濾波處理,最后在前面板中把實驗結果顯示出來。 實驗結果表明,該優化濾波方法不僅能實現優良的濾波功能,而且簡單易行,是一種有效的濾波方法。
上傳時間: 2013-07-20
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隨著電力電子技術的發展,開關電源的小型化、高頻化成為趨勢,其中各個部分工作時的電磁干擾問題也越來越嚴重,因此開關電源的電磁兼容性也越來越引起人們的重視。目前,軟開關技術因其能減少開關損耗和提高效率,在開關電源中應用越來越廣泛。本文的主要目的是針對開關電源中的電磁干擾進行分析,研究軟開關技術對電磁干擾的影響,并且提出一種抑制共模干擾的濾波方法。 本文首先介紹了電磁兼容的定義、開關電源EMI的特點,論述了開關電源中EMI的研究現狀。從電磁干擾的三要素出發,介紹了開關電源中電磁干擾的干擾源和干擾的耦合通路。分析了電感、電容、高頻變壓器等器件的高頻特性,并介紹了線性阻抗穩定系統(LISN)的定義和作用。在了解了軟開關基本概念的基礎上,本文以全橋變換器為對象,介紹了移相全橋ZVS的工作原理,分析了它在實現過程中對共模干擾的影響,并在考慮IGBT寄生電容的情況下,對其共模干擾通道進行了分析。然后以UC3875為核心,設計了移相全橋ZVS的控制電路和主電路,實現了軟開關。為了對共模干擾進行抑制,本文提出了一種新型的有源和無源相結合的EMI濾波器,即無源部分采用匹配網絡法,將阻抗失配的影響降到最低;有源部分采用前饋控制,對共模電流進行補償。 針對以上提出的問題,本文通過Saber軟件對移相全橋ZVS進行了仿真,并和硬開關條件下的傳導干擾進行了比較,得出了在高頻段,ZVS的共模干擾小于硬開關,在較低頻段改善不大,甚至更加嚴重,而差模干擾有較大衰減的結論。通過對混合濾波器進行仿真,取得了良好的濾波效果,和傳統的無源EMI濾波器相比,在體積和重量上都有一定優勢。
上傳時間: 2013-05-28
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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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控制器局域網(CAN)最初是由德國BOSCH公司為汽車的監測、控制系統設計的。它是一種有效的支持分布式控制或者實時控制的串行通信網絡。由于其具有多主機、高性能以及高可靠性,CAN總線已經廣泛應用于汽車電子控制、過程控制、機械工業、紡織機械、機器人、數控機床、醫療器械以及傳感器等領域。CAN總線已經形成國際標準,并已被公認為幾種最有前途的現場總線之一。 另一方面,隨著電動車的技術的不斷發展,電動車已經開始邁向了市場普及的道路。對于電動車電池的管理和維護越來越成為電動車發展的重點之一。由于CAN具有抗干擾性強、連接簡單、無主通信等特點,非常適合用來實現實時數據的采集和傳輸。因此,本文利用CAN總線為基礎設計了一個電池實時數據采集與管理系統,經分析、設計、編程和調試,在實際應用中得以實現。 該系統主要包括數據采集層,數據傳輸層和用戶管理層三個部分。數據采集層的主要任務是電池實時數據的采集和發送;數據傳輸層的主要功能是通過CAN總線接收數據采集層發送的實時數據,并將其轉換成RS232串口協議發送到上位機;用戶管理層的主要功能是通過串口接收數據,實時顯示,存儲和分析。 論文完成的主要工作有: (1) 通過對系統需求的分析,將整個系統分為三個獨立的層,分別進行了軟硬件設計,實現了系統的模塊化,增強了系統的應用性; (2) 詳細的研究了CAN2.0B協議和SAE J1939協議,并在此基礎上,編寫了適合本設計的通訊協議; (3) 深入研究了MC9S12DG128芯片的硬件結構和軟件設計方法; 本課題的創新點在于利用目前汽車工業廣泛采用的CAN總線協議,設計了一套簡單,高效,穩定的電池數據采集與管理系統,并在實際中得以應用。在系統設計過程中將整個系統分為3個層,大大提升了系統的模塊化水平,有利于系統的擴展和維護。
上傳時間: 2013-07-07
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隨著對電能應用高效率的要求,基于電力電子技術的非線性負載等開關設備的應用越來越普遍,這些開關設備造成的諧波成分對電網的污染也越來越嚴重。這些諧波會影響其它電氣設備的正常工作,危及電網安全。電力有源濾波器由于能對頻率和幅值都變化的諧波進行跟蹤補償,得到了廣泛的研究。 本文是在課題組380V、260kVA純有源電力濾波器項目方案的論證階段,為提高大容量單臺純有源濾波器的效率和動、穩態性能而做的分析、設計和仿真驗證工作。論文首先介紹了通過LCL濾波器與電網相連的并聯電力有源濾波器的主電路結構,進而分析了這種主電路結構在大容量和低開關頻率場合對開關紋波衰減的優勢。通過比較PI控制和狀態反饋控制,選取全狀態反饋來達到對系統的穩定控制。 將電網處理為擾動輸入,對LCL主電路在靜止abc坐標系中進行了建模,然后選取系統閉環期望極點設計了控制系統。為消除電網這個外部輸入對指令電流跟蹤的影響,引入了電壓前饋,并從理論上推導了前饋的具體關系式。之后引入了觀測器,并把對電網輸入的建模考慮進了觀測器,消除了電網輸入對狀態估計和補償輸出造成的偏差。在電力有源濾波器實際安裝時,電網進線和變壓器的電感是不確定的,其會加在LCL的網側電感上,從而使對系統基于狀態空間的建模產生偏差,因此文章研究了所設計的控制器對LCL網側電感變化的適應性。為保證電力有源濾波器的穩態指標,對狀態反饋后的系統設計了重復控制器。 最后,基于設計的控制器在MATLAB/Simulink環境下建立了對1MW不控整流負載進行補償的電力有源濾波器系統模型,進行了仿真;并對動靜態性能進行了分析,驗證了設計和理論分析的正確性。
上傳時間: 2013-06-20
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近年來,世界各國競相發展綠色可再生能源,太陽能因其潔凈、儲量巨大等優點倍受青睞。在太陽能的各種應用中,光伏發電倍受關注。隨著光伏組件價格的不斷降低和電力電子技術的發展,光伏發電的系統容量和變換設備的轉換效率不斷增加,體積逐漸減小,對光伏發電系統相關設備的設計和制造提出了新的要求。 本文從提高光伏發電系統整體效率的角度出發,以光伏發電系統中電能變換裝置作為研究目標,研究光伏發電中的關鍵性技術之一——光伏陣列的最大功率點跟蹤技術。主要研究適用于光伏發電系統的最大功率點跟蹤變換器的拓撲;研究光伏發電系統的最大功率點跟蹤變換器的控制方法。論文在分析研究光伏電池的工作原理及輸出特性的基礎上,分析研究了幾種基于DC/DC變換器的最大功率跟蹤算法及各自優缺點和適用場合。在拓撲研究方面,分析研究了Buck、Boost和全橋電路應用于光伏發電中的優缺點以及適用的最佳功率等級,并對這三種電路的功率損耗進行分析,通過仿真進行驗證。探討了把軟開關技術、三電平技術應用于光伏發電系統的可行性,并詳細分析了應用于光伏發電系統的移相全橋ZVS DC/DC變換器電路的換流過程。在理論分析的基礎上,論文設計實現了應用移相全橋軟開關DC/DC變換電路作為主電路的MPPT變換器,構建了1000W小型獨立光伏發電系統,進行仿真和實驗,對實驗結果進行損耗分析。證實了移相全橋ZVS DC/DC變換電路作為中小型光伏發電系統的前級變換器,可以在實現太陽能光伏陣列的最大功率點跟蹤的同時,保證開關管實現軟開關,從而提高了系統的轉換效率和功率密度。
上傳時間: 2013-05-23
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電梯在垂直升降的過程中,由于功率變化范圍很大,節能潛力巨大。本文主要工作在于結合電梯系統的特點,對超級電容儲能系統中超級電容容量需求及其他相關參數的設置進行詳細討論。也對與之配套的雙向DC/DC變換器進行研究。 本文在研究了電梯系統的結構和運行特點的基礎上,對其運行過程中能量狀態的變化進行了詳細分析,得到了儲能裝置中超級電容器容量的計算方法,并在此基礎上,根據超級電容器容量需求與系統前級雙向整流器功率的關系,提出了一套簡單有效的能量管理方案,減少了儲能裝置中超級電容器的容量需求。并且對于超級電容容量設置給出了一般的原則。 儲能裝置與系統直流母線之間需要雙向變換器進行能量傳遞,本文對于各種雙向直流變換器拓撲的優缺點進行了比較,結合在超級電容儲能裝置中的具體應用需要,得出BUCK/BOOST型變換器更適合本文中的應用。 本文為儲能裝置設計了基于DSP(數字信號處理器)全數字控制的具有多種工作方式的雙向DC/DC變換器的小功率樣機,在電容器放電時,以恒流模式向直流母線輸送能量;在電容器充電時,以分段恒流模式或恒壓模式進行充電。文中給出了詳細的硬件電路以及數字控制部分的設計過程,并通過實驗進行了驗證。
上傳時間: 2013-04-24
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有機發光顯示器件(OrganicLight-EmittingDiodes,OLEDs)作為下一代顯示器倍受關注,它具有輕、薄、高亮度、快速響應、高清晰度、低電壓、高效率和低成本等優點,完全可以媲美CRT、LCD、LED等顯示器件。作為全固化顯示器件,OLED的最大優越性是能夠與塑料晶體管技術相結合實現柔性顯示,應用前景非常誘人。OLED如此眾多的優點和廣闊的商業前景,吸引了全球眾多研究機構和企業參與其研發和產業化。然而,OLED也存在一些問題,特別是在發光機理、穩定性和壽命等方面還需要進一步的研究。要達到這些目標,除了器件的材料,結構設計外,封裝也十分重要。 本論文的主要工作是利用現有的材料,從綠光OLED器件制作工藝、發光機理,結構和封裝入手,首先,探討了作為陽極的ITO玻璃表面處理工藝和ITO玻璃的光刻工藝。ITO表面的清潔程度嚴重影響著光刻質量和器件的最終性能;ITO表面經過氧等離子處理后其表面功函數增大,明顯提高了器件的發光亮度和發光效率。 其次,針對光刻、曝光工藝技術進行了一系列相關實驗,在光刻工藝中,光刻膠的厚度是影響光刻質量的一個重要因素,其厚度在1.2μm左右時,光刻效果理想。研究了OLED器件陰極隔離柱成像過程中的曝光工藝,摸索出了最佳工藝參數。 然后采用以C545T作為綠光摻雜材料制作器件結構為ITO/CuPc(20nm)/NPB(100nm)/Alq3(80nm):C545T(2.1%摻雜比例)/Alq3(70nm)/LiF(0.5nm)/Al(1,00nm)的綠光OLED器件。最后基于以上器件采用了兩種封裝工藝,實驗一中,在封裝玻璃的四周涂上UV膠,放入手套箱,在氮氣保護氣氛下用紫外冷光源照射1min進行一次封裝,然后取出OLED片,在ITO玻璃和封裝玻璃接口處涂上UV膠,真空下用紫外冷光源照射1min,固化進行二次封裝。實驗二中,在各功能層蒸鍍完成后,又在陰極的外面蒸鍍了一層薄膜封裝層,然后再按實驗一的方法進行封裝。薄膜封裝層的材料分別為硒(Se)、碲(Te)、銻(Sb)。分別對兩種封裝工藝器件的電流-電壓特性、亮度-電壓特性、發光光譜及壽命等特性進行了測試與討論。通過對比,研究發現增加薄膜封裝層器件的壽命比未加薄膜封裝層器件壽命都有所延長,其中,Se薄膜封裝層的增加將器件的壽命延長了1.4倍,Te薄膜封裝層的增加將器件的壽命延長了兩倍多,Sb薄膜封裝層的增加將器件的壽命延長了1.3倍,研究還發現薄膜封裝層基本不影響器件的電流-電壓特性、色坐標等光電性能。最后,分別對三種薄膜封裝層材料硒(Se)、碲(Te)、銻(Sb)進行了研究。
上傳時間: 2013-07-11
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近些年來,隨著電力電子技術的發展,電力電子系統集成受到越來越多的關注,其中標準化模塊的串并聯技術成為研究熱點之一。輸入并聯輸出串聯型(Input-Parallel and Output-Series,IPOS)組合變換器適用于大功率高輸出電壓的場合。 要保證IPOS組合變換器正常工作,必須保證其各模塊的輸出電壓均衡。本文首先揭示了IPOS組合變換器中每個模塊輸入電流均分和輸出電壓均分之間的關系,在此基礎上提出一種輸出均壓控制方案,該方案對系統輸出電壓調節沒有影響。選擇移相控制全橋(Full-Bridge,FB)變換器作為基本模塊,對n個全橋模塊組成的IPOS組合變換器建立小信號數學模型,推導出采用輸出均壓控制方案的IPOS-FB系統的數學模型,該模型證明各模塊輸出均壓閉環不影響系統輸出電壓閉環的調節,給出了模塊輸出均壓閉環和系統輸出電壓閉環的補償網絡參數設計。對于IPOS組合變換器,采用交錯控制,由于電流紋波抵消效應,輸入濾波電容容量可大大減小;由于電壓紋波抵消作用,在相同的系統輸出電壓紋波下,各模塊的輸出濾波電容可大大減小,由此可以提高變換器的功率密度。 根據所提出的輸出均壓控制策略,在實驗室研制了一臺由兩個1kW全橋模塊組成的IPOS-FB原理樣機,每個模塊輸入電壓為270V,輸出電壓為180V。并進行了仿真和實驗驗證,結果均表明本控制方案是正確有效的。
上傳時間: 2013-06-17
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高壓直流電源廣泛應用于醫用X射線機,工業靜電除塵器等設備。傳統的工頻高壓直流電源體積大、重量重、變換效率低、動態性能差,這些缺點限制了它的進一步應用。而高頻高壓直流電源克服了前者的缺點,已成為高壓大功率電源的發展趨勢。本文對應用在高輸出電壓大功率場合的開關電源進行研究,對主電路拓撲、控制策略、工藝結構等方面做出詳細討論,提出實現方案。 高壓變壓器由于匝比很大,呈現出較大的寄生參數,如漏感和分布電容,若直接應用在PWM變換器中,漏感的存在會產生較高的電壓尖峰,損壞功率器件,分布電容的存在會使變換器有較大的環流,降低了變換器的效率。本文選用具有電容型濾波器的LCC諧振變換器為主電路拓撲,它可以利用高壓變壓器中漏感和分布電容作為諧振元件,減少了元件的數量,從而減小了變換器的體積。 LCC諧振變換器采用變頻控制策略,可以工作在電感電流連續模式(CCM)和電感電流斷續模式(DCM),本文對這兩種工作模式進行詳細討論。針對CCM下的LCC諧振變換器,本文分析其工作原理,用基波近似法推導出變換器的穩態模型,給出一種詳盡的設計方法,可以保證所有開關管在全負載范圍內實現零電壓開關,減小電流應力和開關頻率的變化范圍,并進行仿真驗證。基于該變換器,研制出輸出電壓為41kV,功率為23kW的高頻高壓電源,實驗結果驗證了分析與設計的正確性。 針對DCM下的LCC諧振變換器,本文分析其工作原理,該變換器可以實現零電流開關,有效地減小IGBT拖尾電流造成的關斷損耗。論文通過電路狀態方程推導出變換器的電壓傳輸比特性,在此基礎上對主電路參數進行設計,并進行仿真驗證。基于該變換器,研制出輸出電壓為66kV,功率為72kW的高頻高壓電源,實驗結果表明了方案的可行性。
上傳時間: 2013-04-24
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