组合式三相逆变器同步控制方法

为实现组合式三相逆变器输出电压的同步控制,该文以三台单相储能逆变器Y/△连接为例,对其离网模式及离并网预同步过程时的同步控制方法进行研究。该文在离网模式下采用基于CAN(controller area network)总线通信的基准时间同步与相位调整同步的主从同步控制方法;在此基础上,针对离并网预同步过程,该文提出了一种基于改进的二阶广义积分锁相环的频率调整同步控制方法,引入了逻辑判断控制器,实现了三相逆变器电压输出相位差时刻满足120°,保证了离网模式及离并网预同步过程时输出电压的同步,为离并网无冲击切换打下基础。最后,实际试验验证了该方法的可靠性和实用性。     

基于Takagi-Sugeno模糊模型的电流跟踪型光伏并网逆变器

逆变器是光伏并网发电中的关键设备,如何调整PWM控制信号的波形,输出与电网电压同频率同相位的电流,是并网逆变器设计中最重要的问题。在分析比较了光伏并网发电系统逆变器各种控制算法的基础上,推导出了单相全桥逆变电路功率开关管占空比关于并网电压和电流误差等可测量物理量的函数关系式,提出了一套基于Takagi-Sugeno模糊模型的PWM波形产生方法。该方法采用四输入双输出的结构,将并网电压和电流误差等可测物理量作为模糊控制器的输入量,经T-S模型模糊处理之后分别得到两组功率开关管的控制信号的占空比。该文最后以单相全桥逆变电路为例,给出了详细的仿真分析,结果显示由该方法生成的PWM控制信号较之传统滞环比较控制等,有开关频率低、硬件电路简单、谐波畸变率小等优势,可实现并网发电要求的单位功率因数。     

农业装备中三电平二极管箝位式逆变器拓扑结构的改进

传统的二极管箝位式(NPC)三电平逆变器结构中,中点电压波动过大将导致输出电压的谐波总畸变率（total harmonic distortion,THD）增大及开关器件损坏,影响了该结构在农业机电中的应用。该文提出了一种带中点电压自平衡的NPC三电平逆变器拓扑结构,通过在传统NPC三电平逆变器结构中加入一套由单相全桥逆变电路组成的电压主动补偿装置,对三相桥臂中点电压的波动进行主动补偿。实时检测三相桥臂中点电压,与给定值比较后,控制补偿装置实时产生补偿电压。不需要坐标变换,控制方案简单。同时对系统的稳定性进行了理论分析。仿真结果表明提出的拓扑结构能够将三相桥臂中点电压的波动控制在3%以下,并且在负载突变时,仍然能快速的平衡中点电压的波动,具有良好的动态性能。     

车辆用可控整流稳压式永磁发电装置的研究

多块钕铁硼永磁材料由极靴通过非导磁螺钉固定在钕铁硼永磁发电装置转子铁芯上,相邻的钕铁硼永磁材料极性相反,即N极S极间隔排列,组成钕铁硼永磁转子,当转子转动时,磁场旋转,线圈切割磁力线,产生电动势。研发出了三相半控桥式整流稳压器,当钕铁硼永磁发电装置的输出电压低于目标稳压值时,整流稳压器为三相全波桥式整流输出,当钕铁硼永磁发电装置的输出电压高于目标稳压值时,电压信号采样比较电路自动使三相全波整流桥桥臂瞬时断开,降低输出电压,当钕铁硼永磁发电装置的输出电压再低于目标稳压值时,三相全波整流桥再恢复工作,周而复始,整流稳压器通过移相、削波、整流,使输出电压稳定在一定范围内,解决了车辆用永磁发电装置在宽转速、宽负载范围内输出电压保持稳定的问题以及给蓄电池充电的问题。     

混合多电平逆变器拓扑及调制方法

针对传统多电平逆变器需要的开关器件数量较多,输出电压谐波较大等问题,该文提出了一种非对称混合多电平逆变器拓扑,包括二极管钳位非对称多电平逆变器和电压源串并联状态切换的H桥多电平逆变器。在输出电压电平数相同的情况下,该逆变器拓扑能减少开关器件的数量。采用与混合多电平逆变器相适应的混合调制控制策略,该策略使大部分开关器件工作在低频状态,减少了开关损耗,避免了电流倒流,降低了输出电压的总谐波失真(THD),可以实现连续PWM调幅。通过仿真,验证了该逆变器拓扑及其调制策略的正确性。     

小麦播种实时监控系统设计与试验

为实现小麦播种作业性能实时监控,设计了一种基于CAN总线的小麦精密播种机播种实时监控系统,阐述了系统总体结构,设计了系统硬件和软件,并进行了田间试验。该系统包括传感器信号采集单元、播种监测模块、CAN 模块和播种监测终端,能够实时监测种管状态、机具前进速度和排种轴转速。采用光电传感器和霍尔传感器分别检测排种管落种状态和地轮转速并输出电压或脉冲信号,播种监测模块根据传感器输出的信号,判断排种管播种状态（正常、堵塞和空管）,计算出地轮转速和排种轴转速,并计算出机具前进速度,以上信息通过CAN总线传输给播种监测终端并实时显示。试验结果表明,该系统故障状态监测准确率为>98%,堵塞响应时间<0.2 s,空管报警响应时间<0.5 s。系统工作稳定可靠,抗尘、抗震能力强,能够有效监测小麦播种作业性能。该研究成果能满足小麦播种性能实时监测要求,有助于提高小麦播种作业质量。     

小麦播种实时监控系统设计与试验（英文）

为实现小麦播种作业性能实时监控,设计了一种基于CAN总线的小麦精密播种机播种实时监控系统,阐述了系统总体结构,设计了系统硬件和软件,并进行了田间试验。该系统包括传感器信号采集单元、播种监测模块、CAN模块和播种监测终端,能够实时监测种管状态、机具前进速度和排种轴转速。采用光电传感器和霍尔传感器分别检测排种管落种状态和地轮转速并输出电压或脉冲信号,播种监测模块根据传感器输出的信号,判断排种管播种状态(正常、堵塞和空管),计算出地轮转速和排种轴转速,并计算出机具前进速度,以上信息通过CAN总线传输给播种监测终端并实时显示。试验结果表明,该系统故障状态监测准确率为98%,堵塞响应时间0.2 s,空管报警响应时间0.5 s。系统工作稳定可靠,抗尘、抗震能力强,能够有效监测小麦播种作业性能。该研究成果能满足小麦播种性能实时监测要求,有助于提高小麦播种作业质量。     

微电网并网逆变器下垂控制策略的改进

微网中采用的传统功率下垂控制算法存在缺陷,会因为控制线路阻抗的差异出现控制误差。该文分析了微网中并联逆变器的环流现象产生原因以及传统下垂算法理论,在考虑逆变器输出阻抗和线路阻抗中阻性分量的基础上,提出了功率下垂解耦控制方法。并针对其解耦后未能改善功率分配不均的现象,该文提出了一个改进下垂控制算法。该改进算法通过对下垂参数的调整使功率分配不均的问题得到了改善。该文最后采用Matlab/simulink进行仿真,验证了改进控制算法的先进性。采用改进算法后,可以减少微网逆变器控制误差,同时得到较好的动态响应。该研究可提高微网控制精度。     

多电平逆变器三段法空间矢量脉宽调制算法设计

为解决传统七段法空间矢量脉宽调制(SVPWM)在高电平电力逆变器中应用受限的问题,该文提出了一种优化开关系统算法,即三段法SVPWM算法。优化算法采用了一种新型三角形划分法和60°坐标系。分析了附加开关的产生原因、最小化机理,详细表述了三段法开关序列的设计步骤并辅以实例。与传统七段法相比,三段法开关序列设计灵活,可最小化器件开关频率,降低开关损耗。在五电平级联型逆变器上对该调制策略进行了仿真研究,结果验证了该法的有效性和优越性。     

基于DF2204无级变速拖拉机的农机无人驾驶系统研制

针对农机无人化作业需求,该研究基于DF2204无级变速拖拉机和机器人操作系统（Robot Operating System,ROS）,研发了一种适于田间作业的农机无人驾驶自主作业系统。系统由控制、规划、安全和总线通信等模块组成。对DF2204无级变速拖拉机进行硬件改造与集成,设计满足农机无人驾驶要求的控制器局域网（Controller Area Network,CAN）总线协议和ROS与CAN总线通信的消息结构,包括5类控制帧和2类状态帧;设计了基于比例-积分-微分（Proportion Integration Differentiation,PID）控制器的横向跟踪与纵向速度控制算法。在北京密云试验田开展田间小麦播种实际作业试验。试验结果表明,消息结构满足50 Hz通信负载,横向跟踪平均绝对误差为2.96 cm,纵向速度平均绝对误差0.19 m/s。研究结果可为无级变速拖拉机的无人化升级改造提供参考,提高农机智能化水平和作业效率。     

基于虚拟仪器技术的采棉机智能监控系统开发与应用

为了解决嵌入式Win CE平台上虚拟仪器软件开发的技术瓶颈问题——由于个人电脑和高级精简指令集计算机机器(advanced RISC machines,ARM)平台差异性,嵌入式平台下的虚拟仪器开发存在着控制器局域网络(controller area network,CAN)总线高速通讯、跨平台链接库调用等技术难题,该文在ARM11平台和Win CE操作系统环境下,对CAN总线通讯和虚拟仪器触摸板模块(Lab VIEW touch panel module)进行了技术开发方法研究,介绍了嵌入式平台下CAN总线通讯机理及实现方法,开发了底层驱动和动态链接库,实现了嵌入式Win CE平台下CAN数据无缝链接交换关键技术。在此基础上,以中国农业机械化科学研究院研制的六行打包式棉花收获机为应用对象,开发了基于CAN总线的嵌入式虚拟仪器智能监控系统,并在新疆阿克苏地区阿拉尔垦区建设兵团农一师棉田进行了实地测试和功能验证,试验结果表明该虚拟仪器系统能够有效地实现多个CAN节点间的数据通信,可以完成对棉花收获机的工作状态在线监控和故障报警。该文为虚拟仪器技术在嵌入式平台上的应用提供了有效解决方法,对于大型智能机械装备自动化和信息化监控仪器开发具有指导和借鉴意义。     

农村主动型配电网优化调度线性模型与算法

针对电源出力对电网损耗和电压分布的仿真研究表明,沿减小节点电压偏移和提高电网电压水平2个方向搜索可以获得最佳调度方案。为了优化调整分布式电源出力使主动型配电网供电成本尽可能小,该文在对分布式电源对配电网电压分布与线损影响仿真分析的基础上,提出了一种主动型配电网实时优化调度线性化模型和求解方法,分别通过在迭代计算中逐步缩小节点电压限值区间和求解在相同电压偏移前提下全网电压水平最高的优化计算实现最优调度方案的搜索。由简化的配电网回路电压方程,将节点电压表示为节点注入功率的线性函数,从而得到优化调度线性模型,并用IEEE33节点算例验证了模型和算法的有效性。研究结果可为主动配电网优化调度决策方案提供参考。     

基于差分信号控制的土壤含水率传感器设计

研究土壤含水率的测定对于农作物生长,灌溉及农业自动化发展具有重要意义。该文针对传统含水率传感器电极输出信号谐波失真较大的问题,设计了一种差分信号控制的土壤含水率传感器。鉴于传感器电极输出的信号失真是由于土壤非线性因素引起的,该文利用集成时基计时器设计差分输入信号控制电路,减少输出信号的总谐波失真度。此外,建立相应的数学模型,得到土壤阻抗与信号周期变化关系。构建传感器硬件结构,通过微处理控制器测量信号周期得出土壤含水率变化数值。试验表明,传感器输出端的信号总谐波失真较传统结构减少12.56%。土壤质量含水率在5%~30%时,土壤含水率测试最大误差不超过4.89%,土壤阻抗测试误差不超过2%。     

林下参光照强度实时监控系统

为了自动实时监测和记录林下参基地光环境的光照强度,利用TSL2561对可见光敏感特性、ATMega16L具备I2C和SPI总线功能,设计了单个主机、10个从机组成的林下参光照强度实时监控系统。主机利用通讯总线外挂10个从机,通过2~10号从机采集9个林下试验单元单点光照强度。通过5套由单个主机、10个从机组成的系统组合,实现对试验单元多点测试。利用MATLAB设计上位机控制系统,实现实时调整试验单元光照强度数据采集的采样周期,通过对比以10、20、30、40、50、60 min为采样周期获取的数据,得出30 min作为采样周期,可以真实反映数据变化趋势且采样点最少。整个系统实现了作为所测地区光照强度数据库的功能,为后续建立林下光环境预测模型和分析人参光合作用变化规律提供保障。     

CAN总线在拖拉机检测线中的应用设计

该文设计了一套基于CAN总线的拖拉机检测线数据采集系统,解决了目前检测线布线复杂、可靠性低、不适于联网的问题。系统由5个CAN节点组成,分别进行各个检测工位的测试,主控PC机采用PC-CAN适配卡与各个节点通信。完成了CAN节点、PC-CAN适配卡的软、硬件设计和整个系统的调试工作。     

Incorporating connectivity into conservation planning: A multi-criteria case study from central Mexico

The interdigitation of the Nearartic and Neotropical biogeographic zones in the Transvolcanic Belt (TVB) of central Mexico provides the region with high faunal richness and endemicity. Biodiversity conservation in the TVB must accommodate the region’s human population of more than 40 million. The current study presents conservation plans for the TVB intended to protect 99 non-volant mammal species while minimizing the impact on the human population. A rarity-complementarity algorithm was used to select a conservation area network (CAN) from sites with untransformed vegetation to represent 10% of each species’ habitat. In addition, a new method was developed for augmenting the connectivity of CANs using graph theory. External sites were assigned quality scores based on the frequency with which they were selected at different targets of representation for species. Graph algorithms identified the highest-quality sites needed to link all conservation areas in an economical manner. These connectivity areas can facilitate migration or egress of biota in the event of local environmental stress. The network initialized with existing protected areas occupied 9.13% of the TVB, whereas the network built from scratch occupied 6.02%. In both cases, an additional area of only about 1.5% of the region was required to link all conservation areas in the network. Finally, a multiple criterion synchronization technique was used to select those connected networks which minimized both total area and human population impact.     

基于单片机的纯电动汽车电池管理系统设计

动力锂电池组的电源管理系统是延长电池循环寿命、维护电动汽车安全运行的关键。为延长电池的使用寿命,该文针对纯电动汽车,设计了一种以飞思卡尔单片机和电池管理芯片为核心的锂电池管理系统。实现对锂离子单体电池电压、电流等的检测及显示,对电池组充放电进行监控和保护,实现电池组的均衡及总电压、总电流、温度的检测,利用控制器局域网络CAN(controller area network)总线对其进行通讯设计。最后通过系统调试、精度试验和均衡试验等进行系统功能验证,证明了电池管理系统的有效性。该研究可为纯电动汽车电池管理系统设计与应用提供参考。