A Novel Square-wave Pulse Rotation Modulation Strategy for Modular Multilevel Converters

悬浮直流电容电压的均衡问题是模块组合多电平变换器（modular multilevel converter,MMC）的关键问题之一。提出一种可实现MMC直流电容电压平衡的方波脉冲循环调制（square-wave pulse rotation modulation,SWPRM）策略,在保证合成的阶梯波输出波形不变的前提下,根据MMC的拓扑结构和工作原理,对传统方波脉冲列进行脉冲优化,并按照一定的次序和切换周期进行循环和判断反相调整,获得的循环方波脉冲列作为最终驱动脉冲用于实现对MMC的控制。实验结果表明,采用提出的方波脉冲循环调制策略无需任何电容电压控制措施,在较低开关频率下,实现了MMC各功率单元间有功能量的平均分配和直流电容电压的均衡。

基于励磁电压方波调制的三级式同步起动/发电机转子初始位置估算方法

现有基于高频注入的三级式同步起动/发电机转子初始位置估算方法由于高频衰减,面临失效风险。该文基于主电机定转子互感,提出一种“基于励磁电压方波调制的三级式同步起动/发电机转子初始位置估算方法”,将励磁电压作为载波,用低频方波对其进行调制后,提取主电机定子侧低频响应电流用于转子初始位置估算。定子逆变器三相下管导通状态下,该方法分为2步:首先对励磁电压进行低频方波调制,采集主电机定子低频感应电流用于转子初始位置预估算;其次,由预估算初始位置,判断励磁电压断电前后相关电流特征,得到包含磁极信息的最终初始位置。所提方法通过虚拟角度变换和方差对采集低频电流进行处理。实验表明所提方法具有较高估算精度。

基于调制比自然过渡的多模式同步调制策略

轨道交通牵引变流器通常运行在低开关频率下,随着电机转速逐渐上升,传统空间矢量脉宽调制(Space Vector Pulse Width Modulation,SVPWM)由于开关频率恒定,其载波比会随着逆变器输出基波频率的增大而下降,造成输出电压脉冲数减少,导致其含有大量低次谐波,畸变严重,最终影响整个系统的控制性能。此时系统需要切换至脉冲数对称且固定的同步调制,保证逆变器输出波形的同步性与对称性,以实现谐波优化。现有同步调制策略需要涉及众多脉冲数之间的切换,且最终需要进入3脉冲调制才可自然进入方波工况,实现过程考虑因素较多、难度较大。基于开关角的方法,提出一种随着调制比增大,可由15脉冲同步调制平滑过渡至各脉冲数且最终能自动过渡至方波工况的同步调制策略。首先,根据SVPWM原理,将各矢量作用时间转换为0~2π范围下的角度,并计算传统空间矢量策略(Conventional Space Vector Strategy,CSVS)的15脉冲调制下对应的所有开关角。其次,对调制比进行分段,改变开关角随调制比变化的斜率,进而在调制比逐渐增大的同时,使得相邻开关角逐渐向所划分的扇区边界合并,窄脉冲成对消失,实现在设定调制比下平滑过渡至不同脉冲数并最终进入方波单脉冲。最后,通过仿真与硬件实验对所提方法和传统方法进行对比,验证了所提方法的自然过渡能力。

强信号全覆盖环境高精密传感器微弱信号调制设计

在强信号的存在下,传感器微弱信号会被干扰、淹没或认为噪声,导致信号无法准确读取影响传感器的性能。为了解决这个问题,提出了一种强信号全覆盖环境高精密传感器微弱信号调制设计方法。该方法利用压缩感知技术重构完整的高精密传感器微弱信号集,通过自适应滤波器进行滤波以降低噪声,提高微弱信号的信噪比。利用基于正弦载波的扩频调制技术对微弱信号展开调制,将微弱信号扩展到宽频带中,以提高微弱信号的抗干扰能力和传输效率。实验结果表明,所提方法的信号重构精度高,能够有效滤除信号中的噪声,提高信号的抗噪声能力。并且信号调制性能好、抗干扰能力强。

共用模块的柔性多状态开关新型调制方法

柔性多状态开关作为取代传统机械开关的新型电力电子设备,具有响应速度快、潮流可控等优势。针对新型具有共用模块的级联型H桥变换器柔性多状态开关拓扑,简化其结构的同时节省部分模块,但是传统控制方法不再适用,因此文中提出新的适用于共用模块的类方波调制方法。首先根据具体工况计算出共用模块的调制波,然后协调计算得出非共用模块的调制波,实现对新型拓扑所有模块的调制。类方波调制在方波调制的基础上加入零电平时间,减小过零点时共用模块电压瞬时变化值,同时可以通过协调零电平时间与相位关系,使调制波的相位可变,避免非共用模块过调制。文中搭建共用模块柔性多状态开关拓扑的三相实验平台,验证了类方波调制策略的正确性和有效性。

高压器件封装用有机硅凝胶内气泡对其正极性方波电压下放电特性的影响

有机硅凝胶内气泡缺陷是高压IGBT器件封装的绝缘薄弱环节。该文针对有机硅凝胶内气泡缺陷对放电特性的影响,制备了指定位置含有气泡的有机硅凝胶实验样品,提出了有机硅凝胶内部气泡含量的量化方法,面向器件运行条件下所承受的正极性重复方波电压工况,建立了基于局部放电电流脉冲测量方法的有机硅凝胶局部放电特性实验平台,提出了方波电压下放电电流脉冲的准确测量与提取的方法,通过实验获得了有机硅凝胶内气泡含量对局部放电分布特性及电流脉冲波形参数的影响规律,并给出了气泡对有机硅凝胶局部放电特性的影响机理的定性解释。结果表明:正极性重复方波电压下,有机硅凝胶的局部放电起始电压与熄灭电压均随气泡含量的增加而显著下降,反向放电比例随气泡含量的增加而增加,脉冲上升时间、下降时间随气泡含量的增加而减小。该文成果可为IGBT器件有机硅凝胶灌封工艺的改进提供指导,并为有机硅凝胶气泡含量检测奠定基础。

双偏振干涉式光纤陀螺的多相位调制技术

在双偏振干涉式光纤陀螺的发展过程中,光纤环上的应力、扭转等会造成正交偏振态之间的交叉耦合,降低陀螺系统的稳定性。提出了一种基于双偏振干涉式光纤陀螺的六态方波调制技术并进行了理论推导。该技术与传统的方波和四态方波调制相比,降低了偏振交叉耦合误差,提高了信噪比,大大增加了信号解算精度。通过实验对比测试了干涉式光纤陀螺在不同调制技术下的偏置稳定性。实验结果表明六态方波调制技术的偏置稳定性达到了9.85×10-4(°)/h,验证了六态方波提高信号解算精度的效果。

数字闭环光纤陀螺的无纹波最小拍控制

针对数字闭环光纤陀螺控制系统采样频率抖动引起的输出纹波现象,基于离散控制系统理论建立了四态方波调制下数字闭环光纤陀螺的理论模型。研究了控制系统的稳定条件、稳态误差和频率响应特性,提出了数字闭环光纤陀螺无纹波最小拍控制方案。通过实验与原有控制系统进行对比,结果表明,无纹波最小拍控制有效消除了数字闭环光纤陀螺控制系统中采样频率抖动引起的输出纹波现象,并有效提高了数字闭环光纤陀螺的精度,零偏稳定性提高约30%。

电力机车牵引传动系统矢量控制

以大功率交流传动电力机车为背景,研究了低开关频率下基于多模式同步调制的矢量控制。针对大功率牵引传动系统开关频率低的特点,采用了基于异步调制-同步调制和优化PWM的多模式调制策略。而针对将矢量控制和多模式调制策略结合后的新问题,通过相角调节器,以及转子磁链幅值、角度的控制和补偿等方面的研究实现了不同调制策略以及定向不准等情况下电机转矩的精确控制。由于方波工况下电压不能调节,还研究了方波工况下的控制方法。最后通过仿真和实验给予了验证。

基于开环检测系统的全光纤电流互感器研究

商用化的全光纤电流互感器(FOCT)的误差一般要求小于0.2%,信号处理方法是决定该类传感器测量准确度的关键因素。论述了全光纤电流互感器的光路结构、工作原理、技术优势和干涉信号特征,提出了一种基于数字开环的全光纤电流互感器检测系统以及实现方案,论述了其工作原理和特点,试验结果表明,该检测方法提高了全光纤电流互感器的性能,使其满足了0.2级测量用电子式电流互感器的准确度要求,对解决全光纤电流互感器的信号处理、测量准确度和测量灵敏度等问题具有较大的参考价值。

半导体气体传感器动态温度调制系统设计及检测方法研究

针对半导体气体传感器存在选择性差的问题,通过温度调制检测方法实现可燃性气体良好检测性能,提高传感器在复杂环境下的选择性。设计了一种参数可调的气体传感器温度调制系统,实现了正弦波和矩形波输出模式,输出频率0~1 000 Hz,幅值0~5 V可调,矩形波占空比可调,并给出了系统总体设计方案和硬件设计电路。通过自制旁热式Sn O2传感器对CO和CH4两种可燃性气体进行了矩形波温度调制检测分析,得到了优化的温度调制参数。提出以传感器在空气和被测气体响应中温度调制幅值比作为灵敏度系数。测试结果表明,CO和CH4气体在周期10 s的方波温度调制下呈良好的近似线性规律变化,且具有较好的线性度差异,表明两种气体具有选择性差异。

基于对称方波调制的光纤陀螺本征频率自动测试方法

从光纤陀螺的调制原理出发,采用频率为光纤环本征频率的1/2的对称方波对Y波导进行调制,分析光纤陀螺的输出信号,得到输出的方波信号的占空比与调制频率的对应关系,通过数据采集卡将占空比转化为方波上下峰值点数差的问题,并以此点数差作为反馈量调节对Y波导的调制频率实现对本征频率的自动锁定。该方法已在工程实践中得到应用,试验结果表明该测试方法可在几秒中之内完成而且测试精度可达0.01kHz。与已有的测量方法相比,基于对称方波调制的测试方法具有更高的精度、高速、数字化和易于实现自动测量。

信号发生模块的Linux驱动程序设计

设计中的信号发生电路主要是由数模转换芯片DAC7725U发出模拟信号,以控制激光器按照一定规律工作。首先介绍嵌入式驱动程序的作用及模型,通过对信号发生电路原理的介绍,以基于OMAP-L137的工业控制开发板为平台,详细地阐述了基于嵌入式Linux操作系统的信号发生模块的驱动程序设计及其测试程序的编写,并实现了设计中所需的±10 V方波信号的输出,为以后更深一步地学习驱动开发奠定了基础。

基于不对称方波调制的光纤陀螺本征频率测试方法

针对工程化过程中本征频率测试不方便的问题,提出了一种新的解决方法。从光纤陀螺本征频率的测试机理出发,采用不对称方波对Y波导进行调制,分析解调信号,得到相邻脉冲宽度差值的绝对值与调制频率的关系,将本征频率的测试转化为极值搜索问题,提出了结合直接数字合成技术和极值搜索算法的设计方案。方案通过Matlab仿真进行验证,结果表明,该测试方法的测试精度可达0.1kHz。与传统测量方式相比,基于不对称方波调制的测试方法可以实现光纤陀螺本征频率的自动测试,测试精度高、速度快。

方波调制消除Wollaston棱镜非线性系数对空间测角的影响

建立了一种基于Wollaston棱镜偏振分束的空间测角模型。对于Wollaston棱镜出射光强对系统测角精度带来的影响做了简要的理论分析和仿真,仿真结果表明出射光强偏离马吕斯定律,出现了一定的非线性偏差,且Wollaston棱镜的非线性偏差对空间测角装置的测角精度影响很大,降低了装置的实用价值。提出了一种采用方波磁光调制提高测角精度的方法,该方法有效消除了Wollaston棱镜的非线性系数、磁光玻璃的调制度波动、电路增益差异及光强波动的影响,且该方法相对正弦磁光调制方法更容易实现。最后通过相关的对比实验,采用该方法系统在-8°^+8°范围内能够达到15″的测角精度。

基于2倍本征频率调制的光纤陀螺本征频率测量方法

针对光纤陀螺本征频率测试的问题,提出了一种基于2倍本征频率的低成本解决方法。根据数字闭环光纤陀螺调制、解调的原理,利用2倍本征频率的方波对Y波导进行调制。对解调信号进行分析,得到光电探测器输出脉冲与调制方波频率的关系,将本征频率测试的问题转化成测量脉冲的问题,避免了复杂的软件编程和使用昂贵的测量器件。实验表明利用此方法测试光纤陀螺本征频率,精度可达0.05 kHz。

低开关频率下双三相感应电机矢量控制策略

双三相感应电机以其自身特有的优点,特别适用于轨道交通等低压、大功率、可靠性要求高的应用场合。在大功率牵引传动系统中,因开关损耗和散热条件等限制,逆变器的最高开关频率通常不超过1kHz。根据多模式调制的特点,提出低开关频率条件下双三相感应电机矢量控制策略,主要包括磁链观测、基波(αβ)平面电流调节器、谐波(xy)平面电流调节器、相位调节器以及磁场定向校正策略。此外,针对方波工况下电压幅值无法调节问题,提出方波工况下的改进型矢量控制策略。通过仿真系统和小功率实验平台,验证了所提出的低开关频率下矢量控制策略的正确性和可行性。

谐振型光纤陀螺克尔效应误差消除方法研究

对采用方波频率调制数字闭环谐振型光纤陀螺中克尔效应的影响进行了深入的理论分析.分析表明,由克尔效应引起的陀螺误差不仅与光纤环内两相反方向光束的光强差有关,而且还依赖于两路光波频率调制的调制幅度.通过适当调节两光束的频率调制幅度,可有效地实现克尔效应误差的消除.这种基于方波频率调制的克尔效应误差消除方法利用了方波调制的特点,通过调节调制幅度实现误差消除,无需额外光学元件,对强度调制器调制频率要求低,是数字谐振型光纤陀螺系统中消除克尔效应误差的有效方法.

方波磁光调制测量在航天器对接中的应用

为了精确测量航天器对接过程中最终逼近段航天器间的滚转角,设计了基于方波磁光调制的滚转角测量系统。利用法拉第磁致旋光效应并结合马吕斯定律,建立了方波磁光调制后输出信号的模型;通过分析输出信号的特点,推导了输出信号与滚转角之间的关系方程;利用滚转角变化过程中输出信号的增减性组合去除了方程的增根,最终得到了基于方波磁光调制的滚转角测量模型。仿真结果表明:文中提出的方法理论测量精度高,可测量-90～90°间的滚转角,优于传统方法。此外,利用方波信号调制具有数据采集简单、信号处理难度低等优势,是实现高精度大范围测量航天器间滚转角的一种新方案。

基于MMC的中压大功率直流配电方案及其控制方法

为了节省系统的体积,提出了一种新颖的中压直流配电方案,采用模块化多电平换流器(MMC)和二级管不控整流的结构。将MMC的输出交流电压、电流的基波频率设定在1kHz,与传统50Hz控制算法相比,可以在很大程度上减小变流器的体积。由于基波频率的提高,必须简化调制算法,提出了一种MMC方波调制策略,与传统MMC调制算法相比可以节约控制器资源。另外,为了测试整个系统额定运行工况,提出了一种电阻微循环的控制结构,可以实现功率的内部循环,仅从电网吸收电阻消耗的功率和系统的耗散功率,从而可以大大减小电网的压力。