香蕉枯萎病菌内源报告基因Foc4carS的鉴定及其应用

香蕉枯萎病是由尖孢镰刀菌古巴转化型(Fusarium oxysporum f. sp. cubense, Foc)引起的香蕉毁灭性土传病害,其中4号生理小种(Foc4)能感染几乎所有的香蕉品系,危害最严重。carS基因通过调控下游car结构基因参与调控镰刀菌类胡萝卜素的生物合成,本研究克隆鉴定了Foc4carS基因(FOIG_05085),Foc4carS蛋白具有典型的RING-finger蛋白结构域。利用分割标记法(Split-marker PCR)获得Foc4carS基因的融合片段,同时构建含有Foc4carS基因sgRNA591序列的pUC-fFuCas9-HTBNLS-hph-Foc4carS基因编辑载体,通过PEG介导的原生质体转化获得该基因的敲除突变体、回补突变体以及基因编辑敲除体,并对敲除和回补突变体的生物学特性和致病力进行分析。结果显示:ΔFoc4carS突变体的菌落直径、产孢量和致病力等生物学表型与野生菌株Foc4无显著差异,而ΔFoc4carS突变体菌落颜色呈深橙色,Foc4carS基因的缺失影响了次生代谢产物类胡萝卜素的生物合成;基因编辑的ΔFoc4carS(HDR)突变体不论是再生筛选板还是继代后的PDA平板,其菌落均出现典型的深橙色,表明Foc4carS可作为内源报告基因,在香蕉枯萎菌Foc4中进行基因质粒型CRISPR/Cas9编辑可行。

早期香蕉枯萎病Foc4双探针核酸纸基检测传感器研制

为实现对早期香蕉枯萎病4号生理小种(fusarium oxysporum f.sp.cubense 4, Foc4)的准确检测,该研究提出一种基于胶体金的双探针纸基传感器。该传感器将2种不同粒径的胶体金分别与检测探针和信号增强探针结合,利用DNA探针代替抗原和抗体,形成双探针体系,通过增加信号增强探针降低检测限。基于目标序列与双探针体系的碱基互补配对形成“金标探针-目标序列-T线探针”复合物并在传感器的测试区被捕获,10 min内形成肉眼可见的目标产物,通过分析测试条带得到光强度峰面积并代入标准曲线中,实现Foc4定量检测。试验结果表明,双探针纸基传感器的检测限达到0.001 nmol/L,是传统纸基传感器的100倍,提高了检测灵敏度;在0.001~1 000.000 nmol/L范围内,Foc4浓度与测试线光强度峰面积呈线性关系;使用高浓度非互补探针进行试验干扰,发现非互补序列对检测效果基本无影响,表明该传感器具有较好的特异性;香蕉叶片Foc4检测的平均回收率为77.6%~102.3%,相对标准偏差为7.4%~7.7%。与传统形态学观察等检测方法相比,该研究提出的双探针核酸纸基检测传感器可以及时、快速、准确地判断早期Foc4的存在,具有良好的推广性和实际应用价值。

一种基于FPGA的SVPWM硬件架构及其计算速度优化

为了提高七段式两电平SVPWM算法的调制速度并减少逻辑资源的使用量,提出了一种基于FPGA的SVPWM硬件架构。在该硬件架构输入参考电压后,首先,进行基于Clarke逆变换的坐标变换,通过一系列加法运算构建出含有三相占空比的3组中间变量,同时通过2个异或运算从上述硬件布线中得到简化后的2 bit扇区判断条件;然后,根据简化后的2 bit扇区判断条件从以上3组中间变量中筛选出三相占空比,并进行钳位保护,按照自然采样法输出PWM。以上过程形成一个整体,在FPGA中只需3次触发,便能在2个时钟周期内完成从参考电压输入到三相PWM输出的整个过程,有效提高了计算速度。此外,还给出了该硬件架构在不同的FPGA平台下的资源使用情况,与其他方法相比,LUT使用量由至少500个缩减至300个左右,逻辑资源使用量降低。通过仿真与实物试验,验证了所提硬件架构的有效性。

基于虚拟电压矢量的双三相直线磁通切换永磁电机容错SVPWM策略

高可靠性是电梯驱动系统的首要指标。针对双三相直线磁通切换永磁(dual-three-phase linear flux switching permanent magnet,DTP-LFSPM)电机单相开路故障,提出一种基于虚拟电压矢量的容错空间矢量脉宽调制策略。首先,基于单相开路故障下的五维变换矩阵计算得到故障后的32个空间电压矢量分布。然后,筛选部分空间电压矢量,以z子空间电压幅值为零且每个扇区产生对称的脉宽调制波形为目标,重构得到12个虚拟电压矢量,相邻的2个虚拟电压矢量都由3个基本电压矢量组成,并用于合成参考电压矢量,不仅可以减少单相开路故障容错控制时的电流谐波,而且具有计算简单,易于硬件实现等优点。最后,搭建DTP-LFSPM电机驱动控制系统仿真与实验平台,仿真和实验测试结果证明所提容错策略的正确性和有效性。

抑制级联H 桥变换器共模电压的简化SVPWM 策略

为解决传统空间矢量调制策略难以拓展至高电平数级联H桥多电平变换器,以及抑制级联H桥多电平变换器调制策略实现过程中产生的共模电压的问题,本文提出一种简化空间矢量调制策略。该策略基于α'β'坐标系,通过判断空间矢量所处区域,得出其边界开关状态,再引入修正参数K对边界开关状态进行修正,以此提高策略的快速性并完成共模电压抑制。仿真和实验结果表明该策略实现简单,可以将级联H桥多电平变换器共模电压抑制在最小变化范围内。

永磁同步电机FOC控制下相电流直流分量影响与抑制策略研究

永磁同步电机在矢量控制时需要对电机相电流进行采样,采样过程中参考电平波动等诸多因素都会造成相电流中包含直流分量,此外直流电压注入法等永磁同步电机参数在线估计方法,也会在相电流中引入直流分量。本文详细分析了不同情况下直流分量的产生机理,研究了直流分量对控制效果、转矩脉动、效率等性能的影响。提出一种可滤除三相交流信号中直流分量的数据处理方法,该方法对不同因素引入的直流分量均能起到良好的抑制作用,从而增加控制稳定性,降低转矩波动,仿真和应用实践验证了算法有效性。

基于FPGA的永磁同步电机SVPWM的数字电路设计

针对永磁同步电机矢量控制算法中的空间矢量脉冲宽度调制(Space Vector Pulse Width Modulation,SVPWM)在现场可编程门阵列(Field-Programmable Gate Array,FPGA)中不能直接实现正余弦计算、无理数乘法的问题进行优化设计。设计了基于查表法和一次线性补偿的正余弦数值计算、有符号数的√3乘法计算模块,并使用Cyclone IV FPGA的硬件乘法器资源,对反Park变换、扇区判断和三相作用时间的计算进行了时序约束,对输入电机编码器数值、旋转坐标系的V_d和V_q参数经过进行计算,输出带死区功能的三相七段式PWM控制信号。在FPGA中实现SVPWM算法精度为3.0×10^(-5),计算时间为1.6μs,对比高性能STM32F429微处理器有一定优势,满足了永磁同步电机的矢量控制要求。

基于FOC的越野汽车系统设计与实现

室外越野车辆目前广泛应用于军事、农业、工业之中,随着最近几年无人驾驶技术的兴起,室外无人越野车辆的研究也成了自动化设计领域的重点研究方向之一。其采用先进控制算法和传感器技术实现自主行驶本设计以室外越野车模为载体设计了基于英飞凌AURIX系列单片机的室外越野车硬件平台,该平台使用卫星定位模块与惯性测量单元实现定位功能。其中电机选择了直流无刷电机,对直流无刷电机的驱动方法进行研究,并设计了配套的无刷电机驱动软硬件,使用磁场定向控制的方法对无刷电机进行转动控制,为室外越野车提供了强劲的动力保证。

基于FPGA的改进型SVPWM算法仿真与实现

在传统的电机控制算法中,三相空间矢量脉宽调制(SVPWM)通常都是在数字信号处理器(DSP)中实现的,但DSP的串行执行特点在一些高性能控制场合或者特殊应用领域会限制算法性能的提升。为此,提出一种基于现场可编程门阵列(FPGA)的改进型SVPWM算法。通过对传统七段式SVPWM算法进行简化处理,避免了复杂的三角函数和乘除运算,以适应FPGA的运算特点。在Matlab/Simulink中搭建了该算法和逆变器的模型,并使用Verilog HDL硬件描述语言进行硬件实现。仿真波形和实验结果均证实了所提算法的正确性和有效性。该算法的实现为后期永磁同步电机的矢量闭环控制应用提供了必要基础。

基于SVPWM补偿优化的三电平NPC并网逆变器容错控制

为保证并网系统中三电平中点箝位(neutral point clamped,NPC)型并网逆变器单相桥臂短路或断路故障后持续运行,提出一种基于空间矢量脉宽调制(space vector pulse width modulation,SVPWM)的优化补偿型低共模电压容错控制策略。首先,通过分析故障后八开关三相逆变器(eight switch three phase inverters,ESTPI)拓扑开关状态对应的共模电压大小,确定参考电压矢量合成规则;然后,通过一个基波周期内中点电流情况分析中点电位波动机理,进而对空间矢量合成进行调节补偿;最后,设计低通滤波器和滞环控制器进一步对补偿进行优化调整,保证并网电流质量的同时有效抑制了直流母线中点电位偏移。仿真结果表明,该容错控制策略能够实现三电平NPC并网逆变器单相桥臂故障后并网系统的稳定可靠运行,每个基波周期有三分之一时间的共模电压得到改善,优化补偿后的并网电流质量显著提高,且在并网电流突变时具备良好的控制特性。

基于滑膜观测的FOC无刷电机控制系统设计

针对目前全驱动型机器人的高工作精度以及高稳定性需求,设计全驱动型机器人关节驱动控制系统。基于无刷电机数学模型,电机驱动方案采用矢量电机控制算法FOC,电机角速度位置采用有感、无感相结合获取,即在启动以及低速转动下采用位置传感器,在中高速转动下切换使用滑模观测器。观测器对电机反电动势观测值进行运算处理,获得电机位置和速度。在MATLAB/Simulink搭建控制模型,验证算法可行性。仿真结果表明:在负载情况下,中低转速下,控制精度低,低成本位置传感器足以满足控制需求;在中高转速下,位置获取方法切换为滑模观测器,此时无位置传感器控制,无需使用高精度位置传感器,根据电机运行的电流观测到的位置,足以满足中高转速需求。且观测器监测内部运行状态,无视外界影响,大大提高控制系统的响应性与稳定性。

基于三电平典型拓扑结构的SVPWM调制策略研究

当前,我国的新能源技术面临发电量受外界因素影响较大、电能不能稳定输出等问题,大功率变换器的使用是解决此问题的关键,多电平逆变器能够满足大功率变换器的高压大功率化需求。文章以T型三电平逆变器为研究对象,分析了其调制算法和中点电位平衡问题,并进行了仿真验证。根据空间矢量脉宽调制(Space Vector Pulse Width Modulation,SVPWM)算法的原理,文章分析了中点电位不平衡对空间电压矢量作用的不良影响。基于MATLAB/Simulink平台,文章搭建了仿真模型,仿真结果证明了三电平SVPWM算法对中点平衡控制策略的有效性。所提方法能够弥补原有算法操作复杂的不足,对三电平乃至多电平逆变器的工程应用具有促进作用。

基于SVPWM算法的三电平矿用变频器的研究与仿真

随着电力电子技术的快速发展,大功率变频器在煤矿生产中得到了广泛应用。为了进一步提高变频器的节能和调速性能,在传统的三电平PWM的技术上,提出以一种空间矢量脉宽调制新算法的三电平逆变器模型,极大地简化了计算过程,减少了设备运行时的电能损耗。文章以三电平矿用变频器为目标,详细分析了SVPWM算法的调制过程,并基于理论分析的基础在MATLAB仿真软件中搭建了系统模型。

SVPWM逆变器供电时FSCW-PMSM损耗特性研究

为探究空间矢量脉宽调制(space vector pulse width modulation,SVPWM)逆变器引入的时间谐波电流对分数槽集中绕组永磁同步电机(fractional-slot concentrated-winding permanent magnet synchronous machine,FSCW-PMSM)损耗特性的影响,文中提出一种SVPWM逆变器与FSCW-PMSM联合系统中电机损耗谐波特性分析方法。首先,理论分析了考虑时间谐波电流时电机损耗的时空谐波特性。其次,以一台三相双层绕组10极12槽PMSM为例,搭建电机与SVPWM逆变器的场路联合仿真模型,求解样机在恒转矩和恒功率调速时损耗的谐波特性,揭示各谐波损耗的产生机理。结果表明:转子谐波损耗由基波电流与次谐波、iZ±p次齿谐波和(f_(c)±4 f)/f、(f_(c)±2 f)/f次时间谐波电流与p、Z±p次空间谐波引起;定子铁芯谐波损耗由基波磁场、谐波励磁磁场及(f_(c)±4 f)/f、(f_(c)±2 f)/f次时间谐波电流引起。该结论适用于其他极槽组合的FSCW-PMSM。最后,通过实验验证了该分析方法的有效性。

带中点平衡的VIENNA整流器改进SVPWM策略

VIENNA整流器的中点电压不平衡问题使得两均压电容及主开关器件承受的电压应力不均衡,导致交流侧输入电流波形畸变,较大降低系统可靠性。对于此问题,本文研究传统三电平空间矢量调制对VIENNA整流器中点电压的作用原理,在此基础上提出一种改进SVPWM控制策略来抑制中点电位的波动:将传统扇区与输入侧三相电流极性结合,对传统扇区进一步划分,通过新扇区的判断和正负小矢量的调节因子抵消中矢量作用,从而达到中点平衡。最后通过仿真验证所提控制策略与传统SVPWM相比,中点电位和电流的波动由±5 V和±18 A减小为±2.5 V和±7.5V,有效抑制了中点电压不平衡的问题。

SVPWM电压下变频电机绝缘耐电晕寿命研究

实验研究了变频电机绝缘材料耐电晕寿命在不同基波频率(10 Hz、50 Hz、100 Hz、150 Hz、200 Hz)和开关频率(6 kHz、12 kHz、18 kHz)的空间矢量脉宽调制(Space Vector Pulse Width Modulated,SVPWM)电压下的变化规律,并且开展了重复脉冲方波电压下的耐电晕寿命对比实验。实验表明:开关频率越低,耐电晕寿命越长,耐电晕寿命的时长和分散性在不同基波频率下的波动越大;开关频率越高,耐电晕寿命越短,耐电晕寿命的时长和分散性在不同基波频率下的波动越小。50%占空比重复脉冲方波能够用于替代SVPWM波预测变频电机绝缘的耐电晕寿命,开关频率越高,50%占空比重复脉冲方波对SVPWM电压下变频电机绝缘耐电晕寿命时长和分散性的预测越准确,但在开关频率较低时不能准确反映其统计特性。

基于SVPWM的三电平变频器无中性线控制中点电位调节能力

目前,鲜有文献对三电平变频器无中性线下中点电位调节能力边界展开研究。为此,针对船舶三电平推进变频器无中性线控制需求,给出了基于空间矢量脉冲宽度调制(space vector pulse width modulation,SVPWM)的三电平变频器无中性线控制中点电压平衡策略。首先,理论推导了SVPWM策略下无中性线控制不同扇区下中点电位调节能力的边界,并在几种典型调制比下对中点电位调节能力进行了离线仿真验证,结果与理论相符;然后,搭建了控制器硬件在回路实时仿真平台,实验验证了基于SVPWM策略下中点电位控制的有效性及中点电位调节能力的准确性。相关研究结论可为推进变频器直流支撑电容设计及无中性线下变频器安全运行边界确定提供技术支撑。

基于调制比跟踪的三电平变换器VSVPWM策略研究

在采用虚拟空间矢量调制策略的二极管钳位型三电平变换器中,参考矢量经过的小三角形区域多,电压畸变率高,且虚拟中矢量幅值无法随着调制比的变化而调节电压畸变率.针对该问题,提出了一种减小线电压谐波畸变率的基于调制比跟踪的虚拟空间矢量调制策略.首先分析了传统虚拟空间矢量调制策略的小三角形区域划分方法,指出其参考矢量经过的小三角形区域多,电压畸变率高;然后提出了一种基于调制比跟踪的虚拟空间矢量调制策略,该策略在虚拟中矢量幅值与传统中矢量幅值的比值等于调制比时线电压总谐波畸变率取得的最小值;最后在Matlab/Simulink平台上验证了所提虚拟空间矢量调制策略,仿真结果证明所提出的调制策略简单、正确、有效.

基于双分频带的新型随机开关频率SVPWM策略

传统固定开关频率空间矢量脉宽调制(space vector pulse width modulation,SVPWM)技术导致的高次谐波使得电驱动系统电磁干扰问题较为严重,随机开关频率(random switching frequency,RSF)-SVPWM可用于改善此类现象。文中阐述了SVPWM技术与RSF-SVPWM技术的原理,探讨了RSF-SVPWM策略中扩频范围增大对系统的影响。为在扩频范围较小时仍能达到很好的高次谐波分散效果,提出一种基于双分频带的新型RSF-SVPWM策略。该策略以原中心开关频率为中点划分2个局部分频带,设置各自的局部中心频率点与扩频范围;以两相静止坐标系下理想β轴电压分量正负为标准,判断每一开关周期所属具体分频带后,使得开关频率围绕该分频带中的局部中心频率点进行各自的随机化。仿真与实验结果表明,该新型RSF-SVPWM策略相比于较大扩频范围的传统RSF-SVPWM策略,高次谐波分散效果相当,同时可降低系统电流环脉动,使得输出电磁转矩较为平稳,有助于推进电驱动系统在高端行业领域中的应用。

SVPWM的算法优化及验证分析

该文简要分析了三相交流电机SVPWM的基本原理,选用广泛使用的七段式算法来减少开关损耗,并在该基础上把载波三角波的峰值优化为1,因此在原理计算中发现传统计算中所需要的Ts相互抵消,可以简化运算。同时运用标幺化处理,将计算完成的调制率M替代原本数值,简化公式结构。两者结合简化了运算量,容易数字化。最后验证了该算法的正确性。