研究生开题报告模板
- 格式:docx
- 大小:521.41 KB
- 文档页数:11
学号:2011261695 西 北 工 业 大 学 全日制专业学位研究生学位论文 选题报告
学院自动化学院 专业领域电气工程 姓名 学位级别硕士 校内导师 校外导师 报告日期2012年12月
研究生院 全日制专业学位研究生学位论文选题报告的要求 一、 选题报告会应以学术活动的方式公开进行。 二、 正式开题之前,研究生应在广泛阅读中、外文资料的基础上,深入了解拟选课题的国内外研究动态,把握所选课题的目的、意义和预期结果,明确课题工作的设想、方法和研究路径。 三、 研究生在规定的时间内,写出选题报告初稿,经指导教师审阅同意后,由指导教师安排选题报告时间。选题报告未通过者,重新开题,若第二次选题报告仍通不过者,则按有关规定终止学籍。 四、 选题报告不能按期完成者,应及时向研究生院培养处提出延期申请。 五、 本表可以打印或用钢笔认真填写,若不够填写时,可另加附页。 六、 本表可以在计算机上填写、打印,手工填写时须字迹清楚且不得涂改。 七、 表中所列项目必须全部填写,不留空白。 研究生实习简况
姓 名 学 号 电 话 实践单位名称 陕西航空电气有限责任公司
校内导师 联系方式 校外导师 联系方式 计划实习时间 2012年12月-2013年12月 论文题目 可编程交流试验电源的研制
论文类型 (请在有关项目下作√记号)
产品 研发 工程 设计 应用 研究 工程/ 项目 管理 调研 报告 案例 分析 企业 诊断 专题 研究 实践 报告
√ 一、选题依据(选题的国内外背景、目的及意义、应用价值和预期结果) 1.选题背景及意义 全电飞机是现代飞机发展的必然趋势,其电力供电系统将取代普通飞机的液压能源和气压能源,成为飞机主要二次能源。因此,机载用电设备数量和飞机供电容量也将相应增加。为了提高机载用电设备的供电可靠性,保障飞机的供电质量,确保飞机安全飞行,需对机载用电设备进行各种供电状况下的适应性测试。本课题将研制可以模拟飞机各种供电特性的交流试验电源,为机载用电设备进行供电特性的适应性验证测试提供实验条件。 另外,可编程交流测试电源还应用于采用交流电供电的电气或电子电路及设备的测试中,具有良好的应用前景: 应用于电气或电子电路及设备研发过程中的实验及性能测试; 应用于产品质量测试、产品老化工艺测试; 可以用来模拟电力线路的扰动。 因此,可编程交流测试电源具有非常深刻的研究意义。 2.国内外研究动态 可编程交流测试电源是一种数字化交流测试电源,它的发展经历了以下几个阶段: 老式的磁饱和稳压器 电动机-发电机组 电子管式电子交流稳压器 半导体电源 半导体测试电源可分为: 模拟线性测试电源 模拟PWM型测试电源 数字PWM型测试电源 早期逆变电路的控制是通过模拟电路实现的,在功能和性能方面都有较大的局限性。随着微电子技术的飞速发展,具有高运算速度和强大功能的MCU和电机专用DSP芯片的出现,控制理论的普遍发展,逆变电路的控制方式焕然一新,数字控制方式开始广泛应用于逆变电路。数字控制方式具有独特的优点,主要表现在:(1)运算速度快,可以实现复杂算法,从而能应用一些新型的复杂得多的控制策略。(2)各种控制策略可以在同一片DSP芯片通过软件实现,因此要对各种控制方式进行调试、比较和切换,不需要大变动硬件电路。只需修改软件即可。(3)可以实现智能化和网络化,方便地通过各种数据接口实现人机通信或对PC机通信,实现在线调试和对各种参数的实时监控。系统维护方便,出线故障易于排查。(4)现代数控技术以软件控制为主,外围元器件少,体积大大减小,生产成本下降,且产品一致性好,可以组成高可靠性的大规模逆变电路并联系统。 目前的数字化PWM型测试电源大多属于正弦波逆变电源, 其技术相当成熟。考虑用传统正弦逆变电源技术来实现可编程交流电源,但须解决: 考察传统控制方法和主电路结构对任意电压波形输出的适用性 高精度的可编程任意波形发生器的实现 在国外,可编程交流电源得到了较为深入的研究,并出现了相应的产品。 在国内,中国计量科学研究院从1985年开始就研究测试电源,并推出了TPS系列测试电源产品,能满足国内大多数测试场合用电源的要求。但随着越来越多的应用场合需要更高精度的测试电源,研究可编程交流测试电源也就被提上了日程。 表1-1 各主要公司的可编程逆变电源性能比较 3.本课题研究内容及预期结果 本课题的主要目标是研究一种基于数字信号处理器(DSP)控制的可编程交流测试电源,他不仅能输出频率和电压幅值变化范围很宽的稳定交流电压,而且能输出多种高品质、低频率的任意波形。该交流电源以DSP芯片为控制核心,采用TI公司推出的一款具有高速运算能力、高可靠性的TMS320LF2812型DSP,其运算速度达到40MIPS。下面是设计电源的预期结果。 - 功率2KW - 交流信号输出 - 80V-180V电压有效值输出 - 300Hz-800Hz输出频率范围 - 谐波注入和任意波形产生能力 - 关键参数实时监控(电流,电压,功率因素等) - 符合GJB181A-2003的相关要求 - RS232/485通讯功能 二、研究内容、研究方案、工作量的估计,存在问题及拟采取的解决措施
4.本课题设计方案 1.主电路设计方案 该电源的具体设计思路是先通过整流电路和滤波电路对220V的单相交流电变成平稳的直流电,然后再通过逆变电路和LC低通滤波电路将该直流电逆变生成需要的交流电。该电源的控制部分采用TI公司的 2812 DSP控制器。利用DSP的高速的运算能力,非常高的可靠性以及专门为电力电子和电机驱动所设计的事件管理器,该控制器可以实现准确的PWM 控制信号的输出。该电源采用同步调制的方法来控制 PWM信号的输出。在同步调制下,可以通过改变事件管理器 中定时器的周期寄存器的值来改变载波的频率,从而达到改变输出电压频率的目的 。而对于输出电压幅值的调节,则可以通过调节调制度来予以调节。该电源通过霍尔电压(电流)传感器来采集输出电压信号从而提供给DSP的ADC模块以实现有效的闭环控制。该电源还可以通过 RS232/GPIB 串口总线与上位机进行有效的通讯从而可以方便地设定系统所需的输出电压的幅值和频率或者其他扩展功能。 设计方案原理图如下所示:
AC功率因素校正整流器AC/DC
逆变器DC/AC负载
控制电路(DSP等)
PC
操作界面(电源参数监测)
串口
电流,电压瞬时值反馈
图1系统设计总体方案框图(不包括任意波形发生) 2.波形发生器设计方案 对于任意波形产生,逆变电路加滤波电路是无法实现的,所以必须通过其他的方案来解决。设计思想是采用VC++编写人机界面窗口,在VC++编程实现的人机交互界面上可绘制任意波形,然后由相应程序对绘制的波形进行采样,采样数据会保存到数组文件,最后这些数据被传送给DSP,DSP经过整理到波形RAM存储起来。整个电路通过dsp进行控制,波形数据在DSP控下从波形存储器读出,送到D/A转换器中,经过低通滤波得到波形输出,再接下来是可编程增益运放电路可以对波形幅度进行编程控制,最终得到用户所需要的波形。系统的基本框架如图1-1所示。 图1-1 任意波形发生系统框图 下面是主要分功能介绍: 1.前级PFC功率因素校正电路 由于传统的稳压电源数量大增,其输入级不控整流器和高压大滤波电容产生的严重谐波电流干扰,已成为强噪声发射源,危害了电网的正常工作,使电网上损耗剧增,浪费了大量的电能。开关电源的输入级峰值电流很高,使电网的功率因数下降到0.5到0.65,电网质量严重受损。无缘功率因数校正采用体积庞大的电感、电容滤波器来提高功率因素,难以实现个功率因素PF=1.0的单位功率因素值。利用有缘功率因素校正技术可以让电网输入端的电流波形逼近正弦波,并与输入的电网保持同相位。下图2-1是有缘功率因素校正电路的工作原理图。图2-2是搭建相应的仿真电路图。
图2-1 整流电路 图2-2 PFC仿真电路图 2.逆变滤波电路 图3为单相全桥逆变器的电路图及等效模型,图中滤波电感L与滤波电容C构成低通滤波器,r为滤波电感回路等效电阻,Ud为直流母线电压,Uab为逆变桥输出而未经滤波的功率PWM电压,Uo为逆变器输出电压,iL为滤波电感电流,io为负载电流。
图3 逆变滤波电路 3.DSP外围电路 Dsp外围电路包括信号调理电路,保护电路,与上位机通信电路等,具体电路需要在后面的研究中给出并完善,图4为dsp外围总体框图。
图4 dsp外围总体框图 4.上位机部分
上位机采用labview/vc++软件编程,与dsp通过串口总线RS232/485总线进行实时通信,实现输出电压控制或者任意波形的生成,以及对系统的实时监控包括电流、电压、功率因素等参数的显示分析。 5.任意波形发生器部分 任意波形发生器部分中dsp电路如图4所示,pc通过绘制波形图或者设定的标准波形图通过串口通信把波形图数据放入SRAM中。下图5为D/A转换及其滤波输出部分的一种可用方案,由于此方案的输出功率较低,所以还需要研究其他的方案。以下为此方案的大概原理,电路中采用16位高精度的数模转换芯片AD7846对数据存储器传送过来的数字信号进行转换,转换出模拟的阶梯信号,后面的高阶低通滤波电路对其滤波就得到平滑的模拟波形。设计中采用8阶椭圆可调低通开关电容滤波器MAX293.接下来是幅度增益控制部分,采用两块可编程增益块PGA205和PGA103串联实现对波形幅度控制,实现高达800倍的幅度信号。
图5 波形发生器滤波输出框图 5.存在问题和解决办法 1.电流取样部分 前级信号调理电路的设计显得尤为重要,因为大电流信号经小电阻变换成电压信号后,会附
A/DADfu_0ADfi_0DSP(TMS320C32)开入
UARTGPIB
RS232
FLASHSRAM
D/A开出看门狗电路逻辑控制电路放大及滤波
*u