基于大创项目的应用技术开发实践——以数字电源教具设计为例

针对教学环节中的难点和重点内容,基于dsPIC33CK256MP505数字信号控制器芯片,为开发新型的数字电源教具,在降压转换器的电路拓扑结构基础上,利用MplabPowerSmart开发软件,完成了电压控制型数字环路补偿器的设计,实现3P3Z数字补偿器的实时算法功能。

基于区段的地下空间环路通风排烟设计方法

为实现多匝道、多地块、内部空间复杂的地下空间环路烟气控制,提出一种区段式排烟方法:将地下空间环路与地块通过防火门分隔,形成独立的构筑物,结合隧道结构,确定风机房位置,划分区段,使烟气在一定区域内排出。以滨江地下环路为例,在隧道主线上均匀布置6个排烟风机房,并以此为节点,将隧道划分为8个区段。当火灾发生时,开启所在区段两端的风机进行排烟。由于各区段不设置固定分隔,整个风道是贯通的,因而各个风机房里的风机可互相作为备用排烟风机,以降低成本。采用数值模拟软件建立模型,对排烟口开启数量和间距进行模拟,确定排烟量为90 m^(3)/s、排烟口间距为30 m、开启8个排烟口的排烟方案。从人员疏散环境以及排烟效率对典型区段进行分析,结果表明:烟气控制在一定的范围内,人员疏散环境安全,排烟效率达到90%,证明方案合理可行。

兆瓦级高效紧凑型核动力系统运行特性研究

为研究兆瓦级高效紧凑型核动力系统的运行特性,使用自主开发的热管堆瞬态分析程序TAPIRS(Transient Analysis code for heat Pipe and AMTEC power conversion space Reactor power System)和超临界二氧化碳布雷顿循环的瞬态分析程序SCTRAN/CO_(2)(Super Critical reactors Transient Analysis code/Carbon Dioxide)的耦合程序对其反应性、负荷、冷却水温度和流量等扰动进行了开环动态响应分析,并据此进行了控制系统设计。在此基础上,对线性变负荷、阶梯式变负荷以及甩负荷这三种变负荷运行工况进行了计算分析。结果表明:该核动力系统的转速对扰动的变化较为敏感,需要加以控制;低负荷下旁通会使压缩机流量上升,需对压缩机流量加以控制;系统在控制方案下能以6%FP(Full Power)·min^(−1)的速度实现0%~100%的负荷变动,且可以在任意负荷水平下运行;甩负荷下系统的波动时间变长,但是仍可达到新的稳态进行工作,且各参数处于安全范围内。本研究可为新型核动力系统的概念设计提供参考。

航天器可展开式热辐射器的设计方法与应用研究

受限于运载火箭的包络尺寸,航天器体装式辐射器的散热面积有限,为进一步提高大功率航天器的系统级散热能力,提出了基于单相流体回路的可展开式热辐射器的热控方案。建立热辐射器的热分析模型,通过肋参数选取、红外辐射影响分析、工质选用对比等方法,完成可展开式热辐射器的设计优化,提高辐射器的散热效率及散热能力,为可展开式热辐射器的在轨首飞应用奠定基础。结果表明,在地球同步轨道航天器的恶劣外热流条件下,单幅辐射器的散热能力可达254 W/m^(2)以上,采用多幅可展开式热辐射器的方法,可有效解决航天器散热能力不足的问题。

应用于电力电子变压器的CLLC型高频隔离电路参数鲁棒性分析与优化设计

电力电子变压器(solid state transformer,SST)是实现配电网分布式能源、新型负荷/储能灵活接入的关键装备,针对应用于SST中高频隔离环节的CLLC型直流变压器开展了电路参数的鲁棒性分析与优化设计研究。CLLC型直流变压器可利用开环控制简化控制复杂度,实现宽范围下接近恒定的双向电压增益,并采用高频变压器的漏感作为谐振电感,降低电路设计难度。提出了一种用于CLLC直流变压器的参数设计方法,利用该方法,即使电感电容值出现设计偏差时,所设计的CLLC直流变压器也具有良好的电压调节能力与软开关特性。分析了高频隔离变压器与器件寄生参数对直流变压器轻载下电压增益的影响,最后开展了典型直流变压器设计,并在PSIM软件中进行了仿真验证。

宽转换范围的峰值电流模式BUCK电源环路设计

宽转换范围的BUCK电源芯片使用峰值电流控制模式设计需要考虑全工作范围内的稳定性。首先分析了峰值电流型BUCK变换器的小信号模型,归纳了其稳态工作时的传输函数。然后描述了控制环路的设计过程,尤其是Type Ⅱ和Type Ⅲ型跨导运放的补偿网络的选择和设计方法。最后通过Mathcad及Simplis电路仿真对宽转换范围的BUCK电源芯片环路设计结果进行了验证和总结。

燃机安全油回路问题分析及优化

三菱M701F4型燃气-蒸汽联合循环分轴布置的燃机安全油跳闸回路只设计有一个跳闸电磁阀,存在因单一跳闸电磁阀故障,机组拒动或误动的安全风险。通过对燃机安全油回路以及跳闸电磁阀控制回路的优化,将单一跳闸电磁阀改造为4个电磁阀双通道先并联再串联控制,解决了机组存在误动或拒动的安全隐患,同时实现了电磁阀在线试验功能,提高了运行的可靠性,在同类型燃气机组中具有普遍的推广价值。

激光陀螺机抖控制的DDS锁相频率合成方法及其国产化设计

激光陀螺通常采用数模转换器(DAC)配合模拟乘法器产生正弦自激振荡的机抖控制方式,乘法器模块现阶段没有国产化替代方案,存在自激振荡在高低温条件下偶发不起振问题。因此,选用国产化微处理器MCU配合DAC替换乘法器模块,采用捕获抖动过零信号快速获得控制相位,使用PI控制器进行相位-频率差运算,采取查找表方式实现频率合成,输出周期驱动信号(正弦信号或三角波信号),实现抖动偏频闭环控制。所提方案在某三轴一体小型化三自惯组产品50型陀螺控制系统中应用,实现了关键器件的国产化替代设计,且陀螺系统固定位置百秒计数均值的标准方差优于5‰。

设施农业臭氧杀菌闭环控制系统设计与试验

为更好地解决设施栽培过程中出现的病虫害问题,设计一款面向设施农业的臭氧杀菌闭环控制系统。该系统以STM32F103C8T6单片机为核心,由臭氧发生器、高速风机、臭氧浓度传感器、计时器和报警器组成闭环控制系统。当系统信号采集模块检测到设施空间中臭氧浓度时,通过检测电路将采样信号传递给控制器,控制器根据系统设定值判断并控制臭氧发生器等执行机构工作,实现臭氧浓度的精准控制,减轻臭氧浓度不适给设施蔬菜带来的严重伤害。系统设定浓度为60 mg/m^(3),系统稳定后工作时长30 min。以此为基础,应用臭氧杀菌闭环控制系统对温室番茄叶霉病、灰霉病进行防治试验。结果表明,使用该系统防控对番茄叶霉病、灰霉病的防效优于常规防治,在温室番茄全成长期,叶霉病、灰霉病发生率均显著下降,防治效果分别为89.3%、92.2%。

基于串联信号延迟对消法的三相非理想电网锁相控制策略

锁相环作为一种可以有效地检测出电网电压相角的方法,在分布式发电系统中得到了广泛应用。对于畸变的三相电网而言,采样传统的锁相方法无法同时达到较好的动态性能与稳态性能。而采用信号延迟对消算子可以有效地消除电网电压不平衡和低次谐波对锁相的影响,提高系统的带宽。本文在优化选择延迟对消算子的基础上,提出了一种二型三阶的调节器来抑制电网电压高次谐波对锁相的影响,同时也提出了一种根据相位裕度和谐波抑制要求直接计算出调节器参数的方法,从而避免了反复试凑。最后通过实验证明了理论分析的正确性和闭环设计方法的有效性。

LC滤波电压源型逆变器闭环控制策略综合对比与设计

从控制器所在坐标系、控制器结构、控制器设计3个方面详细分析和比较了LC滤波电压源型逆变器(VSI)不同闭环控制策略之间的区别与联系,指出了单独采用谐振控制器在无输出电压解耦的情况下能得到较好的控制效果,但在有解耦时会引起系统发散。同时,讨论了单电压环控制与双闭环控制的区别。最后,针对不间断电源带电机负载的应用场合进行了VSI控制器设计。实验结果表明,使用文中的设计方法与结论,能够加快控制器的设计过程,并且得到较满意的控制效果。

航天用非隔离集成三端口变换器的建模与控制系统设计

航天器电源系统中,集成化变换器可减少模块数量、缩减电源体积,得到了广泛研究。本文基于一种非隔离的集成三端口变换器,分析其工作原理并提出多模式控制策略,实现太阳电池阵端口、蓄电池端口、母线端口之间的功率平衡和对被控量的调节作用。非隔离的集成三端口变换器存在多种工作模式,并且控制环路相互耦合,其建模与控制系统设计复杂。本文采用状态空间平均法建立了集成三端口变换器在不同工作模式下的小信号数学模型,并在此基础上提出补偿器的设计方法。最后,采用仿真及实验验证多模式控制策略及控制系统设计的可行性。

空间矢量简化算法在三相PWM电压型整流器中的应用

为了避免常规空间矢量控制方法复杂的反正切函数、正弦函数和平方根运算,提出了应用于三相电压型脉宽调制整流器的空间矢量简化算法.该方法根据两相笛卡儿坐标系上的电压空间矢量,直接确定电压空间矢量所在扇区,从而计算出当前的开关状态及控制占空比.避免了传统控制策略中关于反正切正弦查表等繁杂工作,简化了运算过程.此外推导出了适用于此三相整流系统的建模和控制环设计.通过实验验证了此简化算法和控制环设计的有效性.将此简化算法应用于三相PWM整流电路,得到对称连续正弦的输入电流实验波形,实现了单位功率因数整流.

DC/DC变换器快速动态响应分析

下一代微处理器及其数字信号处理工作速度越来越快,因此对其电源的低输出电压和动态响应提出了更高要求。本文以Buck同步整流电路为例分析了影响系统动态响应的滤波装置和控制电路的特点;设计了Buck同步整流电路并研制出了样机。最后给出的实验结果证明,系统从半载到满载和从满载到半载的跳变再到输出稳定的时间不到40μs,满足了快速动态响应要求。

谐振式硅微加速度计闭环控制系统的分析与设计

谐振式硅微加速度计以其准数字量输出和具有潜在高精度的特点,近年来成为硅微惯性仪表研制的热点之一。闭环控制是提高仪表精度水平的重要手段。以谐振式硅微加速度计的结构特性和电路特性为基础,分析了直流和交流两种幅值自动增益控制回路方案,比较了移相和锁相两种相位闭环控制方案。通过试验对比优选了交流幅值自动增益控制和锁相控制的双闭环系统控制方案。研制的谐振式硅微加速度计样机基频约为17 kHz,标度因数约为220 Hz/g,2 h零偏稳定性达到21.9μg.。

“阿波罗”登月飞行器热控系统方案概述

"阿波罗"登月飞行器是目前唯一完成脱离地球轨道飞行的载人深空探测飞行器。其热控系统设计方案和实施措施可为我国将来研制载人深空探测航天器热控系统所借鉴。调研了"阿波罗"登月飞行器的热控系统方案,对比近地轨道载人飞船热控系统设计方案,得到"阿波罗"为了适应任务的需要,在"水星"、"双子星"热控方案的基础上发展出在指令舱与服务舱使用的独特的以停滞式辐射器为热排散系统的流体回路系统;指令舱新型热控涂层系统;以升华器、蒸发器等为热排散装置的消耗型相变热排散系统;然后对比分析了登月舱初期热控系统设计方案及最终的热控系统设计方案。在分析"阿波罗"登月飞行器热控关键技术及其实施措施的基础上,进一步了解到"阿波罗"登月飞行器热控系统设计的特点。

LCL滤波并网逆变器双环控制参数设计与优化

并网逆变器中LCL滤波器的谐振峰可能引起系统不稳定。为了抑制谐振峰的影响,可以采用电容电流内环、并网电流外环的双电流环策略控制并网电流,但由于内外环都是电流环,其控制带宽相差不大,传统方法中内外环独立设计可能导致内外环控制器难以协调工作。文中提出了一种控制器参数整体设计及优化方法,采用少自由度的极点配置方法得到控制参数,在考虑系统具有一定稳定裕度的情况下基于时间乘以误差绝对值积分指标进行参数优化。采用该方法可避免控制参数的多次调整,同时具有良好的鲁棒性。在一台并网逆变器上的实验结果表明,所提出的整体参数设计与优化方法可使控制系统得到良好的动稳态性能。

光电伺服控制系统多回路内模控制器分析与设计

针对光电稳定平台中伺服控制系统的模型不确定性、内外部扰动和传感器误差等各项因素,提出基于多回路、双自由度内模控制的稳定环控制器设计方法,实现对各项误差因素的控制器分层设计。首先,对伺服控制系统的单回路控制结构和多回路内模控制结构进行描述,并深入分析了两者的误差扰动和模型扰动抑制性能;然后,详细讨论了多回路内模控制结构中,电流环、速度环和稳定环控制器的详细设计过程,并给出基于双DSP的伺服控制系统硬件电路设计和软件流程实现。最后,系统的时域特性实验和载体姿态扰动、摩擦力矩干扰、模型参数摄动实验表明:多回路内模控制结构具有良好的指令跟踪精度、扰动抑制性能和鲁棒特性,最终的稳定精度达到0.006°(0.1 mrad)。

过调节现象对顺序开关分流调节器的影响

基于顺序开关分流调节器(sequential switching shunt regulator,S3R)的工作原理建立系统小信号数学模型,分析系统的幅相特性、输出阻抗。详细叙述过调节现象的成因及变化过程,定量分析其临界电流值以及最大母线电压纹波和开关频率。最后提出S3R控制系统参数设计方法并制作原理样机,实验结果表明系统的各项性能指标均能符合设计要求。

基于DSP实现双闭环控制的直流电源

通过对电力机车直流稳压电源的分析,阐明了开关电源设计的技术要求。选用智能功率模块IPM设计的电力机车110V数字开关电源,利用DSP数字信号处理芯片TMS320F2812对电源控制系统进行实时处理,采用电压外环、电流内环的双闭环控制策略。设计了双闭环控制策略的软件,电流内环采用单神经元控制算法,给出了电压外环控制过程中PID参数的设置过程,以保证电压输出的稳定性和电压调节的速度。实验表明,电源运行稳定可靠,额定工况下电源转换效率达到94%,电压动态调节时间小于5ms,输出误差小于±1%。