北京工業(yè)大學專業(yè)學位分析生開題報告_表李小祥

1、 .北京工業(yè)大學全日制專業(yè)學位研究生開題報告學位級別： 博士 碩士 學 號： S201301183 研究生姓名： 李小祥 指導教師姓名： 劉嘉 專業(yè)類別： 機械工程 工程領域： 所在學院： 機電學院 開題報告時間： 2014.12.21 北京工業(yè)大學研究生院制表注意：本表基本情況及報告正文由研究生本人填寫，碩士不少于3000字，博士不少于5000字。格式要求：正文文字部分為5號宋體、單倍行間距排版，A4紙雙面打印裝訂。開題報告評價部分分別由指導教師及專家組書寫。開題報告會結束后一周之內(nèi)將報告原件交院（所）研究生教學秘書處。一、基本情況研究生姓名李小祥學 號S201301183學 院機電學院校內(nèi)

2、指導教師姓名及職稱劉嘉 副教授類別、領域校外指導教師姓名及職稱入學年月2013.09填表日期2014.12.211、 研究方向、論文選題范圍：對大容量電容充電過程PFC控制2、 擬定論文題目：基于大容量電容儲能螺柱焊充電過程PFC算法優(yōu)化與DSP實現(xiàn)3、 論文科研課題屬于哪一級科研或工程項目，經(jīng)費來源及金額（課題來源選項分為國家計委、科委項目、國家經(jīng)貿(mào)委項目、國家自然科學基金項目、國務院其他部門項目、主管部門（部委級）項目、省、市、自治區(qū)項目、國際合作項目、學校級項目、自選項目、其它）：4、 論文類型（基礎研究、應用研究、產(chǎn)品研發(fā)、工程設計、工程或項目管理、調(diào)研報告、其它）摘要選題研究內(nèi)容和意

3、義簡介（限400字）：研究內(nèi)容：本課題是基于對大容量儲能螺柱焊機充電過程PFC控制與DSP實現(xiàn)。首先，通過PSIM搭建主電路與邏輯電路仿真出初級電感電流波形；其次，分析產(chǎn)生缺陷的原因并采取合理的辦法改進邏輯電路或主電路以得到近似正弦的電感電流；最后，用DSP實現(xiàn)數(shù)字化的控制。研究意義： 通過優(yōu)化PFC算法，得到較好的電感電流波形，實現(xiàn)較高的功率因數(shù)減少諧波分量減少對電網(wǎng)的污染。關鍵詞（用分號隔開 最多5個）大電容；PFC；DSP報 告 正 文（一）選題依據(jù)與研究內(nèi)容1、選題依據(jù)（專業(yè)類別或領域的研究意義、國內(nèi)外研究現(xiàn)狀等）1.1課題背景傳統(tǒng)對電容充電的方法是先經(jīng)過整流橋整流，然后通過反激變換器

4、并變壓整流后給電容充電。由于整個過程沒有功率因數(shù)校正環(huán)節(jié)，導致電網(wǎng)側(cè)輸入電流導通角很小電流波形畸變嚴重，產(chǎn)生大量諧波分量，造成功率因數(shù)很低并對電網(wǎng)側(cè)造成很大污染。本課題研究對電容充電電源不同于普通電源。普通電源的目標電容容值很小，對電容充電時電壓上升很快。當用反激變換器作為主拓撲結構并采用固定的開關周期給電容充電時，次級電感電壓（電容端電壓和二極管電壓之和）能很快等于初級電感電壓。這時就滿足了伏秒平衡的條件，使變壓器工作在穩(wěn)定的狀態(tài)。本課題研究對電容充電過程PFC的目標電容容值很大，使變壓器穩(wěn)定狀態(tài)建立過程很長。當次級電感電流還沒有把能量完全傳遞給電容，就會在開關管打開的時候?qū)⑦@一部分能量傳遞

5、給初級，初級的能量就會在此基礎上上升。如此循環(huán)，初級的能量會越積累越多。達到一定程度就會使變壓器或開關器件損壞。能量以電流的形式表示出來就是在次級把能量傳給初級時電感時，初級電感的電流就會有一個突變并在此突變上繼續(xù)線性上升。從宏觀上看就會形成電流的突尖。為了不使電流突尖損壞開關器件，必須要壓低電感電流，并保證電流在突尖頂峰時還不會損壞變壓器或開關管。這樣又會造成充電功率的不足，不能保證在很短的時間內(nèi)將電容充滿。較長的充電周期使這種方法不能應用到實際的焊接作業(yè)中。鑒于模擬控制的缺點：進行復雜處理的能力有限，元器件數(shù)量多，控制器的參數(shù)由電阻電容等分離元器件參數(shù)決定，控制器調(diào)試復雜，靈活性差，電阻電

6、容的參數(shù)分布影響控制器的一致性，參數(shù)不穩(wěn)定并存在溫漂等缺陷。本課題決定采用DSP+CPLD數(shù)字方式實現(xiàn)PFC控制。本課題研究的儲能螺柱焊機負載容量大，進行一次焊接過程，電容儲能就會完全釋放，新一次的焊接過程會再次對電容充電且充電初始電壓為零，這種工藝特點對電容充電過程的功率因數(shù)校正需求更為迫切。 1.2 研究意義本課題的研究意義是通過優(yōu)化PFC控制算法使變壓器初級電感電流波形近似正弦以得到較好的功率因數(shù)，減少諧波對電網(wǎng)的污染。用DSP實現(xiàn)數(shù)字化控制，使穩(wěn)定性提高、調(diào)試簡單富有靈活性等優(yōu)點。1.3 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 通過調(diào)研發(fā)現(xiàn)，對電容充電過程功率因數(shù)校正的研究中奧本大學獲得了較好的控制效果。奧本

7、大學發(fā)表的一篇文章講述了在反激變換器作為拓撲電路的基礎上搭建邏輯電路，通過3個信號：定時器，電感電流與正弦基準比較后信號，電容電壓與目標電壓比較后信號等來控制開關管。實現(xiàn)了電感電流近似正弦，獲得了較好的功率因數(shù)。 2、選題的研究內(nèi)容、研究目標以及擬解決的關鍵問題等2.1 課題的研究內(nèi)容本課題的研究內(nèi)容主要如下幾個方面：首先通過PSIM軟件仿真出電感電流波形；其次具體分析波形缺陷原因，主要是電感電流突尖問題和正弦缺陷問題；然后改進邏輯控制電路，主要是采取方法使次級電感電流降為零時再打開開關管；最后在DSP上實現(xiàn)控制算法。2.2 研究目標本課題的研究目標主要包括： 在PSIM中搭建邏輯電路與主電路

8、并對波形圖缺陷進行分析；提出改進方法。優(yōu)化邏輯電路或主電路使電感電流波形沒有突尖或缺陷 ； 在DSP平臺上實現(xiàn)優(yōu)化后的算法。2.3 擬解決的關鍵問題 本課題擬解決的關鍵問題包括以下的方面：精確仿真出電感電流波形并分析原因；優(yōu)化控制算法使電感電流波形良好并在DSP上實現(xiàn)。3、擬采取的研究方案（研究思路、技術路線或研究方法）及可行性分析3.1 研究平臺的選擇本課題是針對大容量儲能螺柱焊充電過程PFC算法的優(yōu)化，所以焊機平臺選的是儲能螺柱焊機。又因為要實現(xiàn)數(shù)字化控制，所以要選擇一款合理的芯片。TI公司的C2000系列專門應用于工業(yè)控制，結合本課題需要的PWM控制精度、計算速度、外設接口豐富度等，本課

9、題最終選取了TI公司的主控芯片TMS320F28335.3.2 技術路線本課題的技術路線大致分為以下幾個部分： 通過PSIM精確仿真出初級電感電流波形。主要是主電路與邏輯電路的搭建 通過對波形圖的觀察分析出產(chǎn)生突尖與正弦缺陷的原因。 通過分析原因優(yōu)化邏輯電路與主電路，目的都是為了保證次級電感電流能夠完全釋放。并在DSP中實現(xiàn)算法。3.3 可行性分析 本課題主要解決的問題是通過PSIM仿真出電感電流初級波形并分析產(chǎn)生突尖與缺陷的原因，突尖產(chǎn)生的原因是因為次級電感電流沒有將能量完全釋放又返還給初級結果就造成初級電感電流有一個突變產(chǎn)生突尖。TMS320F28335主頻150MHZ，完全滿足本課題對P

10、WM精度與速度的要求。4、本課題的特色及創(chuàng)新之處（限博士論文開題，碩士可根據(jù)課題取舍）5、論文研究進度計劃（含研究進度計劃安排、研究經(jīng)費預算及解決辦法）、預期研究結果研究結果5.1 論文研究進度計劃第一階段：2014.92014.12 查閱資料，初步擬定課題設計方案，對DSP控制原理與編程有了一定的了解。第二階段：2014.122015.03 進一步優(yōu)化邏輯電路或主電路，使電感電流波形良好。 第三階段：2015.032015.10 確定優(yōu)化方案并初步編程。第四階段：2014.102015.01 根據(jù)優(yōu)化后的需要改原理圖并畫PCB，焊板子，測試結果。第五階段：2015.012015.05 研究總

11、結，撰寫論文 5.2 預期研究成果 1.優(yōu)化邏輯電路或主電路實現(xiàn)電感電流無突變無缺陷波形良好； 2.通過編程在DSP和CPLD的平臺上實現(xiàn)優(yōu)化后的算法。5.3 目前已完成工作1.查看資料，了解DSP構架與原理，初步編程。 2.通過PSIM仿真，初步分析突尖原因是次級電感電流沒下降為零又將這部分能量傳遞給初級。 （二）論文研究工作基礎及條件保障1、工作基礎（含入學以來取得研究成果、參與或承擔的科研項目情況等） 學習DSP,能在DSP平臺上初步實現(xiàn)一定的功能。 學習了PSIM仿真軟件，能初步仿真出電路波形。2、工作條件（設備條件、實驗場地條件、可能遇到的困難及應對措施） 儲能螺柱焊焊機、DSP開發(fā)

12、平臺、PC機（三）參考文獻（參考文獻目錄用標準規(guī)范格式，在正文引用處須標注）1 顧衛(wèi)鋼.手把手教你學DSP，北京航空航天大學出版社。2011,42 符曉，朱洪順.TMS320F2833XDSP應用開發(fā)與實踐,北京航空航天大學出版社。2013,73 Abraham I.Pressman.開關電源優(yōu)化設計，電子工業(yè)出版社。2010，64 郎蕓萍. Boost-PFC 電路拓撲和控制算法的研究 D. 浙江大學, 2006.5 錢闊. DCM 模式數(shù)字功率因數(shù)校正器設計D. 華南理工大學, 2012.6 梁小斌. 變頻空調(diào)數(shù)字 PFC 系統(tǒng)的研究D. 哈爾濱工業(yè)大學, 2008.7 張斐. 單傳感器數(shù)

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