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[博士论文] 马龙
电气工程;电工理论新技术 华北电力大学;华北电力大学(北京) 2018(学位年度)
[硕士论文] 赵忠誉
电工理论新技术 合肥工业大学 2018(学位年度)
摘要:为保障电源设备安全稳定的运行,在出厂前需要根据性能的不同对电源设备进行带载测试。传统的带载测试方法是采用静态阻抗的方法进行放电测试,但是这种方法有很多的缺点,如静态阻抗的负载形式单一、电能最后都以热量的形式散发出去造成能量巨大浪费等。能馈型直流电子负载的优势是能模拟负载的特性、轻便灵活、测试性能优良、可以将能量回馈到电网实现能量的循环利用等,因而有望被广泛的应用在电源设备的出厂测试中。
  本文首先对能馈型直流电子负载工作原理进行了分析,然后对比几种能馈型直流电子负载结构的优缺点,给出了本文的系统设计方案。本文采用DC-DC变换器和DC-AC变换器串联的结构,最后通过变压器将能量回馈到电网。
  能馈型直流电子负载的前级DC-DC变换器主要作用是实现对输入电压和电流的控制,采用的是H桥型Boost电路作为主电路的拓扑。因为输入电流较大,所以H桥型Boost电路的每个桥臂采用是四个功率管并联的结构。DC-DC变换器采用的控制芯片为SG3525,并采用单闭环的控制策略,通过调节PWM波的占空比,实现对输出电压和电流的控制。
  能馈型直流电子负载后级DC-AC变换器电路主要作用是将直流电变换为交流电回馈到电网,实现能量的循环利用。DC-AC变换器选用的TI公司型号为TMS320F2812作为主控芯片。DC-AC变换器的调制方式为双极性SPWM调制,采用的控制策略为电压外环,电流内环的双闭环控制,并加以电网电压的前馈控制,使DC-AC变换器具有快速响应性、较高稳定性和鲁棒性。
  最后通过Matlab中的Simulink模块进行建模仿真,并搭建实验样机对实验结果进行分析,验证方案的可行性,即系统能较好的模拟负载的特性,逆变器交流侧的输出电流满足并网的条件,输出电流的谐波含量较低,接近于单位功率因数,系统能够稳定可靠的运行。
[硕士论文] 魏亚坤
电工理论新技术 合肥工业大学 2018(学位年度)
摘要:从拓扑设计和工作特性的角度,传统的具有功率因数校正功能的整流拓扑相比,三电平转换器拓扑之一的维也纳整流拓扑体现下列优势:1)相对简单的功率控制电路;2)输入电流谐波和输出电压纹波性能优异;3)功率器件所承受的电压应力为输出直流电压的一半;4)拓扑中桥臂之间不存在输出电压直通现象,无需设置开关驱动死区。尤其满足一些对功率密度和电能质量较高要求的应用需求,进而逐渐引起广泛的研究和重视。
  为了便于对控制系统进行分析和设计,推导出了两种不同坐标系下的维也纳整流器数学模型,为控制系统的方案设计提供了相应的理论依据。继而在旋转坐标系下设计了带有前馈解耦的多环控制结构。该方法易于实现,控制性能优良,具有较高的工程应用价值。
  本文分析不同载波层叠PWM调制法的调制原理,提出了一种适用于DSP控制系统、改进的基于单载波脉冲宽度调制调制算法。本文提出的双向开关PWM同步切换技术方法具有将PWM信号从六个减少到三个的优点。然而,传统的CB-PWM切换方法相比,同步切换方法下过零区域的电流畸变更为严重,不满足单位功率因数工作情况下电网各相电流同相整流器电压所需满足的重要限制条件。
  深入分析了同步旋转坐标系下由多环控制及改进的基于单载波脉宽调制方法所引起的电网电流过零点区域波形畸变的原因。并在此基础上,本文提出了一种无功电流注入技术,使电网电流在各过零点处的畸变得到抑制,电能质量得到显著优化。
  针对维也纳整流器存在的中点电位平衡难题,揭示了中点电位波动的本质,采用了一种基于零序分量注入的平衡控制策略来抑制中点电位的波动,达到中点电位平衡控制的目的。
  利用Matlab/Simulink仿真系统建立了整流器模型,分析对比了增加补偿分量前后电网电流波形畸变率变化情况,验证了理论分析的正确性。设计维也纳整流器硬件电路和软件程序,基于TMS320F2812搭建了系统实验平台,获得的实验相关波形及数据验证了设计方案的可行性。
[硕士论文] 李娟
电工理论新技术 合肥工业大学 2018(学位年度)
摘要:随着现代社会的高度电气化,从科学技术、社会生产以至日常生活,人们离不开各种电器及电力的应用。电信号比其他种类信号更便于转换、放大、传送,因此大部分的非电被测量,均通过一定的手段(如各种传感器)转换成电信号再进行传输和测量。而传感器输出的往往是微分信号,所以积分器成为电磁测量中不可或缺的电子设备之一。为了保证测量的精确度,就需要设计具备高精度、低漂移、良好的实时性电磁兼容性且能够长时间工作的积分器。
  论文充分调研了国内外积分器的研究现状,详细分析了模拟积分器、数字积分器以及模数结合的积分器的工作原理、误差来源,设计了基于现场可编程门阵列(FPGA)的交替式积分器。该交替式积分器以实时补偿型积分器为积分单元,采用两路积分单元交替工作,最后由FPGA完成两路信号的拼接。通过适当设置交替工作周期,使得每路积分器对信号积分时误差维持在较小的范围内,当一路积分器工作时,另一路积分器进行积分电容泄放,误差不会长时间累积,保证了积分电路能够长时间稳定工作。根据具体需求及测试时遇到问题,多次修改电路板及程序,并最终确定原型版。2017年20路该交替式积分器参了EAST放电测试实验,实现结果均表现出很好的稳定性和一致性。
  在交替式积分器的基础上,设计了误差补偿型积分器,采用最为临近的时段内的积分误差对积分器进行误差补偿。将积分误差函数近似为一次函数,在两个相邻的半周期之间,利用在前的半周期中的误差函数补偿在后的半周期的积分器对信号积分的误差,可以有效提高积分器的精度。
[硕士论文] 李时杰
电工理论新技术 合肥工业大学 2018(学位年度)
摘要:随着物联网的发展需求越来越高,对传输通信技术的要求也越来越高,而传统物联网无线通信技术,如组成局域网的2.4GHz的WiFi技术、蓝牙技术、Zigbee技术等;组成广域网的2G/3G/4G等,存在远距离和低功耗只能选其一的矛盾。针对物联网无线通信技术存在的问题,以LoRa技术为代表的低功耗广域网络(LPWAN)技术应运而生,LoRa技术具有远距离、低功耗的特点,有机会打破传统物联网无线通信技术的瓶颈。
  本文首先介绍了几种传统无线通信技术的发展历史和它们的特点,然后对LoRa技术的基本原理进行介绍,设计出一种基于LoRa技术的远距离低功耗的无线传感器网络终端节点。包括节点的硬件设计:基于STM8系列微处理器,Semtech公司生产的SX1278系列射频芯片,集各类传感器及电池供电方式为一体的无线传感器网络终端节点;软件设计:包括传感器信息采集、微处理器数据处理、射频发射接收,以及节点整体低功耗管理;对无线传感器网络终端节点进行了功能测试和性能测试,验证了所设计的无线传感器网络终端节点具有远距离、低功耗的工作特性。当通信距离小于1km时,丢包率小于5%;通信距离小于3.5km时,丢包率小于30%;若终端节点设定为1分钟唤醒一次,则平均电流仅为0.712mA,电池理论上可以连续为终端节点节点工作537天。最后针对终端节点的室外定位应用提出了一种基于K均值聚类的定位算法,传统的基于RSSI测距的定位算法相比,精度有所提高。
[硕士论文] 任帅
电工理论新技术 合肥工业大学 2018(学位年度)
摘要:随着人类对无线通信需求的增加,无线通信技术也在飞速发展。从第一代移动通信系统(1G)被制定出一直到现在第四代无线移动通信(4G)开始兴起快速发展,人类对无线通信的需求越来越高,通信系统的设计越来越复杂。在设计通信系统的时候,不可能对每一种真实的、复杂多样的实际环境进行实验。因此,无线通信信道建模仿真在现代无线通信设备研发测试的过程中所占的比重越来越大,一直是研究的重点问题。
  本文主要研究内容如下:
  首先,分析比较了典型的确定性过程模型中多普勒系数和离散多普勒频率参数的计算方法:等距法(MED)、均方误差法(MSEM)、等面积法(MEA)、蒙特卡罗法(MCM)和精确多普勒扩展法(MEDS),并且研究分析了Zheng模型的多普勒系数取值方法。为了提高衰落信道的统计特性,在蒙特卡罗法(MCM)的到达角(AOA)中引入多径因素p,提出了两种改进的MCM瑞利衰落模型。
  其次,对信道模型参数AOA、多径因素p、低频振荡器个数N以及均方误差(MSE)进行了仿真分析。原始的MCM瑞利衰落模型相比较,两种新模型分别在自相关统计特性和互相关统计特性的精度上有着一定程度的提高,根据仿真数据计算,在实现开销相同的情况下,自相关函数的均方误差(MSE)约为原来的四分之一,互相关函数的精度提高了大约二分之一。
  最后,针对高速无线通信系统,介绍了高速无线系统理论分析、模型建立以及硬件设计的架构,给出了信道模型建立的软件仿真平台,把改进蒙特卡罗法信道模型应用到仿真平台中,分析了各径信道的非相关性,扩展了无线通信信道建模的方法。
[硕士论文] 丁晨迪
电工理论新技术 合肥工业大学 2018(学位年度)
摘要:充氧过程中,高分子材质的充氧阀头可能会聚集静电荷并放电,在空气环境下不易燃烧的材料在高压纯氧环境下燃烧特性会发生变化,可能导致静电放电引起的火灾事故。氧气是助燃气体,氧气系统一旦起火,会造成十分严重的生命、财产损失。因此,为预防、控制此类事故,需研究阀头材料在充氧环境下静电放电引燃特性。
  本文首先分析了充氧阀头实际可能的静电起电来源、起电能力和放电影响。然后,采用基于电火花放电的方式,测试阀头材料在MPa级压强纯氧条件下的最小点火能。为此设计了电火花点火系统及点火能量测试系统,采用对电极放电电流、电压进行能量积分的方法,代替了传统的直接用电容储能作为点火能量的测试方法。为满足高压强的实验要求,本文自主研制了一种安全可靠的高压静电放电引燃密封装置,首次提出了针对固体材料的沿面放电式电极改进方式,并建立了相应实验系统和方法。
  针对某型飞机氧气系统发生火灾事故时所使用的充氧阀头材料——尼龙1010进行了高压纯氧环境下的静电放电引燃实验和点火能量的测量,并初步分析了阀头静电放电引燃危险性,主要结果如下:
  (1)在本文实验能量范围内,储能电容能量损耗率高达73%-93%,采用积分法测试点火能量有效提高了实验结果的准确性。
  (2)随纯氧压强升高,尼龙1010材料的最小点火能迅速减小,3MPa时己降低至0.55mJ,仅为常压时的1/1364,具有静电放电引燃危险性。
  研究结果对氧气系统火灾事故的机理分析、静电防护相关改进具有一定的意义。
[硕士论文] 张悦
电工理论新技术 合肥工业大学 2018(学位年度)
摘要:近些年,通信技术无线传感技术的快速发展推动着物联网技术的逐步兴起,无线定位技术作为物联网技术的一个重要研究领域随之获得了日趋增多的关注,并且室内定位技术因应用广泛而受到研究人员的追捧。RFID具备的非视距、高精度、短时延、低成本以及传输范围大的这些优势促使其跻身于室内定位问题主要解决方案的行列。目前,RFID二维定位算法已经日趋成熟,而针对三维空间的现有科研成果不能满足越来越高的应用需求。是以,本文在分析了3D-LANDMARC定位系统数学模型和相关技术的基础上,在保持系统设备不变的情况下通过对定位过程的优化实现系统定位性能的提升。
  针对标准LANDMARC定位系统因自身布局和操作原理而出现定位准确度不高以及对参考标签依赖性强的问题,本文首先采用具备较好的数据拟合性能的BP神经网络来构建无线信号在当前室内环境下进行传输的路径损耗模型,以提高信号传输距离估计的准确性;然后把LANDMARC定位系统中待测标签的坐标估计问题转变成待测标签和参考标签之间的估计距离同测量距离的误差最小化问题;之后,通过把量子粒子群算法融入到文化算法的框架中形成了一种新的群智能优化算法并将利用该算法较强的智能寻优能力获得的该问题的最优解作为最终的坐标估计值;最后,通过MATALB平台开展仿真实验,实验效果显示本文提出算法的定位性能得到了一定的提升,满足预期要求。
  针对LANDMARC定位系统受到室内环境干扰和系统噪声的影响出现定位误差较大的情况,本文首先将非线性滤波算法引入到LANDMARC定位系统中并给出了在LANDMARC定位系统框架下非线性滤波算法的空间模型;之后,针对CKF算法在环境突变时滤波性能降低的情况,本文将量子粒子群算法引入到CKF算法的更新过程中以提高滤波器状态估计精度;最后,通过在MATLAB环境下的仿真实验可以看出本文提出的改进算法相对于传统定位系统有较高的定位精度稳定性。
[硕士论文] 王礼康
电工理论新技术 合肥工业大学 2018(学位年度)
摘要:射频标签作为物联网无线信息采集系统的重要组成单元,对其展开相关研究和设计非常具有必要性。随着无线传感技术的发展,对标签进行标识传感信息融合研究非常具有必要性;其中超高频射频识别(UHF RFID)标签由于具有抗干扰性较强、传输距离较远、零功耗反向散射等技术优点,更适用于传感标签的设计;而基于芯片级元件设计的标签由于识别信息丰富、工作性能稳定以及开发周期短的特点使得其应用优势最为突出;但由于传感器的融入,使得标签必须设计辅助的供电电源,其中具有长期远距离监测性能的电源将更有利于拓宽传感标签的应用范围。因此研究和设计标识传感融合、半无源工作的UHF RFID传感标签对丰富和增强物联网信息采集具有非常重要的价值意义。
  本文首先研究了超高频射频技术所遵循的国内外标准,分析了射频芯片内部存储结构以及当前存储方式所存在的问题,提出了一种标识传感融合的数据存储方案。然后结合温度、湿度以及光照强度三个监测频率最高的环境参数,确定了设计选用的传感器类型。在硬件设计部分使用Cadence软件设计了UHF RFID传感标签的数字模块,包含传感采集、主控电路以及射频模块三大部分,其中在射频模块部分针对射频芯片进行了阻抗计算,并在HFSS软件中仿真设计了适用于超高频且含阻抗匹配的折叠型单极子天线。
  为实现UHF RFID标签长期较远距离监测需求,基于光伏电池设计了传感标签的供电电源,采用超级电容作为储能器件,其电路的仿真结果满足了设计要求;然后设计和仿真了脉冲控制开关电路,使其在光照较弱时自动实现供电输入源的切换;为减少超级电容自身漏电电流,设计了防漏电电路;另外为进一步降低标签功耗,设计了基于射频通信中断唤醒方式的节能方案,优化了标签休眠唤醒时的总体电流消耗。
  最后,通过搭建系列实验环境,测试验证了设计的标识传感融合半无源的UHF RFID标签总体性能满足多元传感信息采集、较远距离射频通信、电源工作稳定以及可长期监测的工作要求。
[硕士论文] 赵蓓蕾
电工理论新技术 合肥工业大学 2018(学位年度)
摘要:近些年来,随着科学技术的不断创新,生物医学、食品安全、工业建设、国防军事、等离子体物理等越来越多的领域涉及到对微弱光信号进行检测分析,并且对微弱光信号检测的精度要求也越来越高。微弱光信号的检测需要搭建光电检测系统,鉴于光电倍增管(Photomultiplier Tube,PMT)具有灵敏度高、增益大、暗电流低等特点,因此常被应用于光电检测系统中。由于PMT模块具有供电电压低、安全性好、响应时间短、信噪比高等优点,PMT模块的使用也越来越多。对于极微弱光信号而言,PMT模块增益的适宜调节十分重要,增益调节过高或者过低,都有可能导致被测微弱光信号出现削峰或被噪声信号湮没的现象。而传统PMT模块增益的调节方式多为使用电位计手动调节控制电压以此来调节其增益,这种调节方式需依靠个人经验、调节误差较大,且只能在实验现场进行调节,操作起来十分不便。针对这一问题,设计了一种基于FPGA的PMT模块增益调节控制系统。
  首先,本文探究了PMT模块增益调节的国内外研究现状,推导出PMT模块增益工作电压及控制电压的具体数值关系,并分析了PMT模块增益调节的方法,最终确定采用硬件电路设计和软件编程相结合的方式,实现PMT模块增益的远程调节。其次,设计了PMT模块增益调节控制系统的硬件电路,详细分析了以FPGA为控制核心的外围电路、DA数据采集模块、缓冲模块、串口通讯模块的具体电路设计。最后,完成软件部分的程序设计,主要包括FPGA程序设计和上位机软件程序设计两部分。详细介绍了FPGA程序设计中采用Verilog HDL语言编写的DA控制模块、串口通讯模块的程序,并使用Modelsim6.6软件通过仿真验证了其设计程序的正确性。上位机程序设计中介绍了采用Labview2014软件进行上位机界面设计的部分程序及通讯模块设计的子程序,并阐述了设计的上位机界面及模块组成。
  最终,将该系统应用于实际实验进行PMT模块增益调节的测试结果传统采用电位计的方式进行调节的测试结果相比较。实验结果表明,该系统可实现PMT模块增益的远程调节,相较于传统的调节方法,该系统操作便利、稳定性好,具有很好的实用价值。
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