ups逆变器控制系统设计开题报告

第一篇：ups逆变器控制系统设计开题报告

青岛大学

毕业论文(设计)开题报告

题目：UPS逆变器控制系统设计 学院:自动化工程学院 专业: 电气工程及其自动化 姓名:张隆 指导教师: 王忻

2014年

月13日 课题研究意义

随着现代工业的发展,供电网络的负载越来越复杂,特别是大型用电负载的启动和停止,大型可控电力电子设备的应用以及网络内部噪声会使交流正弦波发生畸变。另外,自然界的雷电,电网的接地不良等因素均影响到电网的供电质量。由于以上因素的影响,可能会导致接在电网上的计算机设备,包括通信、医疗等精密的工业仪器设备发生失控、丢失数据、停机、损坏等严重后果,直接影响到用户的正常工作,造成经济损失或其他严重事故。如何解决这些市电问题,正是UPS(Uninterruptible Power System)不间断电源的责任。所以以单片机为控制核心的UPS电源可以为各种设备机器提供高质量的电源。

随着社会经济的发展，工业的各个领域对电源的可靠性，质量等有着越来越高的要求，一套好的UPS系统可以提高运行的稳定性，随着单片机的应用，UPS已经可以实现全数字化和智能化。同时，电力电子器件的飞速发展也为主功率部分的简化以及先进控制策略的应用提供了必要条件。IGBT作为MOSFET和GTR的复合器件已广泛地应用到逆变器中。它有MOSFET的工作速度快、输入阻抗高、驱动电路简单、热温度性好的优点，又有GTR的载流量大、阻断电压高等优点。

因此，以IGBT为代表组成的逆变器，以单片机为控制核心的UPS电源已普遍应用于我国的各行各业，本课题就是以此展开研究和设计的。

2发展前景

随着电子器件的发展，使UPS向小型化、高效率、高可靠性发展。而网络智能化UPS技术和全数字化UPS技术的出现，不仅提供完全可靠的网络电源管理，也为节能、环保提供了一种最佳的解决方案。所以UPS电源技术总的发展趋势是逐步向小型网络智能化和全数字方向发展。随着科学的进步，UPS电源技术在不久的将来会开辟一个更新的领域。

高频化：虽然传统在线式UPS的技术已经非常成熟，由于它本身带有许多无法突破的问题，使其发展前途受限。高频化概念的引入，给UPS的发展带来了许多新的思路和空间。随着高频技术和器件的发展，3KV及以下的高频在线式UPS的技术和产品已经成熟，其功能和可靠性均应高于传统UPS。高频化对于减小体积、降低成本以及对非线性负载有更好的响应上起着重要的作用。

智能化：微处理器在UPS上的应用，过去只在大、中型UPS上采用，但近年来已逐渐向小型、微型UPS方面发展，其带来的结果是UPS的智能化发展，包括控制、检测和通信。UPS逐渐由计算机来进行管理，并且计算机及外设能“自主”应付一些可能预见到的问题，能进行自动管理和调整，如自动关闭宿主计算机的操作系统并关闭其电源，定时 开关UPS本身等，并能将有关信息通过网络传递给操作系统或网络管理员，便于进行远程管理。

网络化：把UPS做为网络家庭一个成员的要求越来越迫切，因为它是网络能正常运行的基础。要求UPS拥有更大的蓄电量、可以同时为多台计算机或其它外设服务，并能够通过某种机制达成负载之间的动态配置。

大容量单机冗余化：由于网络对UPS可靠性的要求越来越高，而解决可靠性的途径除要求元器件本身高可靠外，就是用冗余的方法。小容量UPS的单机内冗余已出现。而大容量的UPS目前还必须通过并机的方法实现，但这样作又使用户投资太大。毫无疑问，使用Internet技术监控UPS系统将成为未来UPS技术的主流之一。

3各种方案的比较和课题所选用的方案

（1）预测控制：预测控制从七十年代中期提出至今，一直是控制界的一个研究热点，不断发展，先后出现了模型算法控制(MAC)、动态矩阵控制(DMC)和广义预测控制(GPC)等几十种，且在实际复杂工业过程控制中得到了成功应用。对于大滞后的被控过程，预测控制是一种非常有效的控制方法，因为预测控制不是根据被调量的当时值进行控制的，而是根据被调量在未来一段时间内的预测值进行控制的，因此，控制作用可以提前一段时间动作，这对大滞后被控过程的控制是至关重要的。

由于各类预测控制方法在预测模型假定或设计思想上存在某些差异，从而使相应的控制律各有不同的特点，但其主要思想仍是相似的，对于一个SISO系统可用图1来简单说明，其控制决策描述如下:

ˆ(t),yˆ(t1),,yˆ(tNp1)}1)在“当前”t时刻对过程的未来输出进行预测，预测值{y取决于过程t时刻的已知信息、动态预测模型以及所假定的未来控制序列{v(t), v(t+1), „, v(t+Nu-1)}；

2)在所假设的不同的未来控制作用中，选择“最优”控制序列{v*(t),v*(t1),,v*(tNu1)}，ˆ以“最好”的方式逼近参考轨迹yr。最优逼近可定义为使某一特定使过程的输出预测值y的目标函数最小。对输出误差和控制增量加权的二次型性能指标(1)是目前采用最多的目标函数。

Npˆ(tk)yr(tk))k(u(tk1))2(1.1)minJ(y2k1k1Nu3)将“最优”控制序列中t时刻的控制信号u(t)v*(t)作用于实际过程。在下一个采样时刻重复进行上面的计算步骤。

可以实现很小的电流畸变，抗噪音能力强。但是这种算法要求知道精确的附在模型和电流参数，而且有数值计算造成的延时在实际应用中也是一个问题。（2）滞环控制：也叫做bang-bang控制或纹波调节器控制，即将输出电压维持在内部参考电压为中心的滞环宽度内。具有快速的响应速度，较高的稳定性。但是，滞环控制的开关频率不稳定，使电路工作可靠性下降，输出电压的频谱变差，对系统性能不利。

（3）数字PID控制：就是把现场的控制变量的模拟信号和对现场受控变量的输出信号均转换成了数字信号，PID的实现也是通过数字信号的设定来完成的。现在大多在DCS、PLC系统内完成的。随着处理器芯片的运算速度不断提升，更多的PID采用数字控制。

可以方便的调整PID参数，具有很大的灵活性和很强的适应性。PID算法简单明了，控制过程快速，准确，平稳。

本课题设计方案为：基于单片机控制的全数字UPS逆变器。它大大改善了产品的一致性，增加了控制的柔性，提高了整个系统的稳定性和可靠性。

4课题拟采用的方案和技术路线

本课题设计方案为：基于单片机的在线式UPS逆变器控制系统设计 拟采用的技术路线：

（1）使用IGBT作为功率器件，设计三相逆变电路；

（2）以AT89C51单片机为控制核心，设计控制电路来控制三相PWM波产生控制信号；（3）用AT89C51单片机来实现UPS电源的过电压、过电流等监测；（4）设计的UPS电源能提供较好的交流电源，其输出电源电压：

220V/AC，频率：50Hz 5 各阶段时间安排

第1至2周 搜集资料,撰写开题报告 第3至4周 主电路设计 第5至6周 控制电路设计 第7至8周 软件设计 第9至10周 仿真调试 第11至12周 撰写论文

第13至14周 修改论文，准备答辩

参考文献：

[1] 王兆安，黄俊.电力电子技术[M].北京:机械工业出版社，2000 [2] 李成章.中小型UPS不间断电源及直流稳压电源[M].北京：电子工业出版社，1990 [3] 张广明.UPS技术发展趋势与应用中的问题[J].UPS应用，2000 [4] 王朔.小功率UPS电源的电池智能管理研究[J].沈阳工业大学学报，2001 [5] 段善旭，雄健，康勇.一种UPS的数字化锁相及旁路开关检测和切换控制技术[J].电工电能新技术，2004 [6] 任红.UPS的选择及应用[J].建筑电气，2002 [7]王其英.UPS不间断电源剖析与应用[M].北京：科学出版社,1997

第二篇：开题报告-开关磁阻电机数字控制系统设计

开题报告

电气工程及自动化

开关磁阻电机数字控制系统设计

一、前言

开关磁阻电机结构简单、成本低、容错性高、功率密度高能够高速运行，并且它能方便地实现起动和发电双功能，因此，目前越来越广泛的应用于航空和汽车上的起动／发电系统。开关磁阻电机具有很大的发展潜力。

二、主题

（一）、开关磁阻电机的发展概述

“开关磁阻电机”一词源于美国学者S.A.Nasar

1969年所撰论文，它描述了这种电机的两个基本特征：开关性和磁阻性。20世纪80年代以来，越来越多的学者开始关注开关磁阻电机，并对此进行了大量的研究。美国空军和GE公司联合开发了航空发动机用SRD电机系统，有30KW、270V、最大转速为52000r/min和250KW、270V最大转速为23000r/min两种规格。加拿大、前南斯拉夫在SR电机的运行理论电磁场分析上做了大量研究工作。一些学者还研究了盘式SRM/外转子式SRM、直线式SRM和无位置传感器SRM等新型结构的电机。

1984年开始，我国许多单位先后开展了SR

电机的研究工作且SRM被列入中小型电机“七五”科研规划项目。在借鉴国外经验技术的基础上，我国的SR电机研究技术进展很快。近年来，中国在开关磁阻电机的研发方面取得了很大的进步例如南京航空航天大学开发了

3KW、6KW

及

7.5KW

三套原理样机，电机采用的是风冷形式。但在大功率方面的研究还很少，仅有原理样机方面的仿真。

（二）、开关磁阻电机的优缺点

开关磁阻电机结构简单，性能优越，可靠性高，覆盖功率范围10W~5MW的各种高低速驱动调速系统。使得开关磁阻电机在各种需要调速和高效率的场合均能得到广泛使用（电动车驱动、通用工业、家用电器、纺织机械、电力传动系统等各个领域）。

其结构简单，价格便宜，电机的转子没有绕阻和磁铁。

（1）转矩方向与电流方向无关，只需单方相绕阻电流，每相一个功率开关，功率电路简单可靠，可降低系统成本。

（2）易于实现各种再生制动能力。

（3）定子线圈嵌装容易，热耗大部分在定子，易于冷却，效率高，损耗小，允许有较大的温升。

（4）转子上没有电刷，结构坚固，适用于危险环境，控制灵活。

（5）调速范围宽，控制灵活并且输出效率很高。

（6）电机的绕组电流方向为单方向，控制电路简单，具有较高的经济性和可靠性，转子的转动惯量小，有较高转矩惯量比。

其主要缺点为转矩脉动大、需要根据转子与定子相对位置投励、必须与控制器一同使用才能稳速运行、主接线数随着相数的增多而大量增多。

（三）、基本内容

功率变化器在SRD中占的比重非常的大，因此合理的设计功率变换器是提高SRD性能跟价格的关键之一。从功率变换器与电动机结构匹配、效率高，控制方便，结构简单、成本低的要求出发，一个理想的功率变换器应该具备如下条件：

（1）最少数量的主开关器件；

（2）基数相和偶数相的SR电机都适合用；

（3）所有的电源电压都可以加到相绕阻上；

（4）主开关器件的额定电压接近电动机额定电压；

（5）相绕阻电流变化速度快；

（6）通过主开关器件调制，能够有效的控制相电流；

（7）绕阻磁链减少的同时能够将能量回馈给电源。

具备以上条件的电路有很多。主要有每相只有一个主开关管的电路，据有最少数量主开关器件的功率变换电路。

3.1每相只有一个主开关管的电路

每相只有一个主开关管的电路包括双绕阻功率变换器、采用分裂式直流电源的功率变换器、带储存电容的功率变换器和再生式SR电动机功率变换器。

双绕阻功率变换器要求SR电动机每相有一个二次绕阻与一次绕阻完全耦合器主开关器件装置的额定电压至少是电机绕阻额定值的两倍，因此未能用足主开关器件的额定电压，另一缺点是铜线的利用率低。但是就逆变电路而言它是经济的。

采用分裂式直流电源的功率变换器这种功率变换器中电容量和电源电压的定额将显著增加。为了保证三线电源两侧的负载相等，使上下臂各相工作电压相等，采用这种功率变换器方案只适用于偶数相的SR电机，这种方案对蓄电池供电系统是十分合适的。

带储存电容的功率变换器根据能量回馈电源的方法不同可以有如下几种方案：1、利用谐振回收能量2、利用阻尼回收能量3、利用斩波器回收能量。其各有优缺点。

3.2具有最少数量主开关器件的功率变换器

它是在不对称半桥电路的基础上发展起来的一种新的少主开关器件的功率变换电路它保留了桥式电路的所有优点但所用的每相主开关可以少于两个。但是主开关的工作状态必须根据与其连接的所有相绕阻的电流来决定，所以必须提出对所有相电流独立控制的主开关器件策略，同时SR电机相绕阻接至功率变换器的方式必须加以限定。

电流检测电路用来检测定子绕组的电流大小，将其反馈到控制器中。四相电机可以采取A/C、B/D共用一套电流传感器，SRM功率变化器输出的相电流是单向的，可以用电阻采样，直流电流互感器，霍尔元件采样，磁敏电阻采样。

位置检测的目的是确定转子定子的的相对位置，即要用绝对位置传感器检测定子的相对位置，然后将信号反馈到逻辑控制电路，以确定对应相绕阻。通过电机四相绕阻的不同位置可以判断出转子的相对位子，从而达到检测转子相对位置的目的。

数字控制电路完成象限控制软起动等其他控制功能。通过单片机能实现非常多的控制功能，灵活性好、智能性好，但它也是有缺点的，就是系统响应速度受到单片机速度的影响。

（四）、开关磁阻电动机的数学模型

开关磁阻电动机控制参数多，数学模型十分复杂。为了降低难度，对开关磁阻电动机采用简化、线性化或准线性化的分析方法，以便建立比较准确的开关磁阻电动机的数学模型。考虑了电动机的磁路饱和、涡流、磁滞效应等非线性的所有因素，可以列出一个很精确的数学模型，但是计算复杂很难用于仿真分析。因此，在建立开关磁阻电动机数学模型的时候，要在理论性和实用性上加以折中考虑。为了简化分析，做出如下的假设:

(1)主电路电源的直流电压Us恒定不变；

(2)主开关器件为理想开关，即导通压降为零，关断时流过的电流为零；

(3)忽略所有的功率消耗；

(4)电动机各相参数对称，忽略相间互感；

(5)在一个电流脉动周期内，认为转速恒定。

（五）、开关磁阻电机的应用

作为一种新型调速驱动系统，开关磁阻电机愈来愈得到人们的认可和应用。目前已成功应用于在电动车用驱动系统、家用电器、工业应用、伺服系统、高速驱动、航空航天等众多领域中。下面介绍开关磁阻电机的一些应用实例。

5.1在电动车中的应用

电动车是解决世界能源危机，环境污染等重大难题的理想交通工具，是21世纪的高科技产品之一。目前电动摩托车和电动自行车的驱动电机主要有永磁有刷及永磁无刷两种，然而采用开关磁阻电机驱动有其独特的优势。矩脉动大，噪声大，相对永磁电机而言，功率密度和效率偏低；要使用位置传感器，增加了结构复杂性，降低了可靠性这些是MRD的缺点。

5.2在食品加工机械中的应用

在食品加工机械中，开关磁阻电机显现出其独特的优势：体积小、不烧电机、没有或只有小的齿轮减速比、电机外形设计灵活，适应性好、能够安全停机、速度离散可选或者连续可调、易实现特殊要求的机械特性。开关磁阻电机结构、体积、特性上的优势非常明显，降低了电机成本，提高了产品的可靠性。

5.3在龙门刨床中的应用

龙门刨床是机械行业的一种重要加工机械，其主传动系统的作用是带动工作台实现往返运行。

实践证明，开关磁阻电机的特性特别适合于频繁起制动和换相运行，换相过程起动电流小，只有额定电流的0.5倍，起、制动转矩可调，因而工艺符合要求。轻型龙门刨床以往之所以取较低的速度是由于传动形式所限。当开关磁阻电机能满足提升速度的条件下，再加上主机也允许，提升速度和切削能力是绝对合理的。实验证明，将机床速度提高到40m/min以上，机床系统刚性满足，这样可以使刨床的生产效率提高一倍。

（六）、开关磁阻电机的发展趋势展望

1、数学模型的研究

数学模型是控制理论应用的基础。在以往的研过程中，人们已经提出了各种各样的开关磁阻电机的数学模。近年来，多维系统辨识、小波模型、神经网建模等各种建模理论发展迅速。SRM数学模型的研究也必定会得到快速发展。我们相信在不久的将来结合各种现代建模理论的SRM非线性数学模型将被提出。

2、非线性控制理论、智能控制理论的应用。近年来虽然些学者已将非线性控制理论和智能控制理论应用在SRM制系统中，由于控制理论所结合的控制策略还不完善，控制效果并不理想。可以预见，未来一段时间各非线性控制理论、智能控制理论，将与控制策略的究同步进行，它们将以更加有效的途径应用于SRM系统中。

3、高性能SRM驱动系统的研究

SRM具有体积小、重量轻、转矩/惯量比小等优点。但是，SRM的线性特性和转矩脉动难以抑制，使得以往SRM伺服驱动系统的研究进展较为缓慢。随着转矩脉动抑制研究的进一步发展以及人们对SRM非线性本质认识的加深SRM在伺服驱动系统中应用的研究必定会得到空前的发展。

三、小结

目前，人们已经提出线性、准线性、非线性等多SRM数学模型，在此基础上结合各种各样的消转矩脉动的控制策略，将线性控制理论、非线性控理论和智能控制理论应用于SRM的控制器设计，已经取得了丰硕的成果。但是，在SRM控制领域研究还远未到完善的程度，未来一段时间，SRM制技术将在数学模型、控制策略、控制理论应用以高性能驱动系统开发等方面，继续得到发展。

四、参考文献：

[1]唐小洁,邓智泉,曹鑫,王晓琳.开关磁阻起动／发电机数字控制系统设计[J].南京航空航天大学,1993.[2]詹琼华.开关磁阻电动机[M].武汉：华中理工大学出版社,1992.[3]王宏华.开关型磁阻电动机调速控制技术.北京：机械工业出版社,1999.7:27-28,65-75

[4]彭志谨.电气传动与调速系统[M].北京：北京理工大学出版社,1988.[5]陆道政等.自动控制原理及设计.上海：上海科学技术出版社,1978.[6]曹家勇,陈幼平,詹琼华,周祖德等[J].开关磁阻电动机控制技术的研究现状和发展趋势.湖北武汉:华中科技大学出版社,2005.[7]张全柱,郝荣泰.单片微机控制的开关磁阻电机调速系统[D],北方交通大学学报 ,2001.[8]李俊卿,李和明.开关阻电机发展综述[D].华北电力大学电力工程系,河北保定071003.[9]慈艳柯.MCS一51单片机芯片反向解剖以及正向设计的研究[D].厦门大学,2002.[10]章明明.开关磁阻电机起动/发电系统数字平台研发[D].京航空航天大学, 电力电子与电力传动, 2009.[11]王兆安,黄俊.电力电子技术,第四版[M].北京：机械工业出版社,2000.[12]吴建华.开关磁阻电机设计与应用[M].北京：机械工业出版社,2000.6.[13]郑治同.电机试验.第二版[M].北京：机械工业出版社,1992：23-40.[14]李强.半桥逆变弧焊电源系统建模和仿真技术研究[D].青岛大学,2007.[15]王志升.大功率电磁炉电控系统设计与实现[D].武汉理工大学,2008.

第三篇：开题报告-基于PLC的电梯控制系统设计

开题报告

电气工程及自动化

基于PLC的电梯控制系统设计

一、综述本课题国内外研究动态，说明选题的依据和意义

1.本课题的研究背景及意义

（1）题目背景：随着城市建设的不断发展，楼群建筑不断增多，电梯在当今社会的生活中有着广泛的应用。电梯作为楼群建筑中垂直运行的交通工具已与人们的日常生活密不可分。实际上电梯是根据外部呼叫信号以及自身控制规律等运行的，而呼叫是随机的，电梯实际上是一个人机交互式的控制系统，单纯用顺序控制或逻辑控制是不能满足控制要求的，因此，大部分电梯控制系统都采用随机逻辑方式控制。传统的电梯运行逻辑控制系统采用继电器逻辑控制线路。这种控制线路，存在易出故障、维护不便、运行寿命较短、占用空间大等缺点。从技术上发展来看，这种系统将逐渐被淘汰。如何解决电梯的可靠性、维护方便等问题已成为全社会关注的焦点和大众的迫切心声。

（2）题目研究的意义：目前，由可编程序控制器和微机组成的电梯运行逻辑控制系统，正以很快的速度发展着。采用PLC控制的电梯可靠性高、维护方便、开发周期短，这种电梯运行更加可靠，并具有很大的灵活性，可以完成更为复杂的控制任务，已成为电梯控制的发展方向，其许多功能是传统的继电器控制系统无法实现。

可编程控制系统是专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作电子系统。它采用一种可编程的存储器，在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令，通过数字式或模拟式的输入输出控制各种类型的机械设备或生产过程。通过可编程控制器可以实现由继电器实现的逻辑控制功能，而且最主要的是可编程控制器的“可编程”功能，使得当改变电梯的控制功能时，只要更改程序即可，而不需要像继电器控制系统那样改变硬件和接线。

2．国内外电梯的情况

当今世界，电梯的生产情况与使用数量已经成为衡量一个国家工业现代化程度的标志之一。在一些发达的工业国家，电梯的使用相当普遍。

世界上有名的几家电梯公司，诸如:美国奥梯斯公司、瑞士讯达公司、日本三菱和日立公司、芬兰科恩等，其电梯的产量已占世界市场的51%。其中，奥梯斯公司和三菱公司是世界上最大的电梯生产企业。

目前，国外除了以交流电梯取代直流电梯以外，在低层楼房越来越多的使用液压电梯。此外，家用小型电梯将成为电梯家族中新的组成部分。

电梯是集机电一体的复杂系统，不仅涉及机械传动、电气控制和土建等工程领域，还要考虑可靠性、舒适感和美学等问题。而对现代电梯而言，应具有高度的安全性。事实上，在电梯上己经采用了多项安全保护措施。在设计电梯的时候，对机械零部件和电器元件都采取了很大的安全系数和保险系数。然而，只有电梯的制造，安装调试、售后服务和维修保养都达到高质量，才能全面保证电梯的最终高质量、在国外，己“法规”实行电梯制造、安装和维修一体化，实行由各制造企业认可的、法规认证的专业安装队和维修单位，承担安装调试、定期维修和检查试验，从而为电梯运行的可靠性和安全性提供了保证。因此，可以说乘坐电梯更安全。美国一家保险公司对电梯的安全性做过认真地调查和科学计算，其结论是:乘电梯比走楼梯安全5倍。据资料统计，在美国乘其他交通工具的人数每年约为80亿人次，而乘电梯的人数每年却有540亿人次之多。

解放前，我国只有2000台电梯，几乎没有电梯生产企业。解放后，随着我国经济建设的发展，电梯企业应运而生。我国的电梯企业由60年代开始起步，到了70年代己初具规模。

改革开放以来，我国电梯的需求量急剧上升。在我国通过引进国际电梯标准以及发达国家的先进产品和技术，产生了一支以中外合资企业为主体的外向型企业队伍。如中国迅达公司、天津奥梯斯公司、上海三菱公司、苏州迅达公司和广州电梯工业公司等企业，就是通过合资和补偿贸易方式，引进发达国家的先进管理和技术，不断改善现有产品结构和管理体制，使企业素质和产品质量都提高到了一个新水平，推出一代电梯新产品。

目前，交流调压调速电梯技术已趋成熟，一些企业都有成功的产品。微机控制电梯是电梯技术的方向，一些生产企业与科研单位相结合，相继推出了微机控制的电梯新机型，使控制功能得到增强，电梯的性能得到改善，明显提高了可靠性。除了合资企业外，也有其他厂家开发出了变频调速电梯新产品。另外，用可编程序控制器取代继电器控制系统的机型对单梯进行控制还是有前途的。有些生产企业开发了紧急供电装置、放火厅们、地震控制、自检测以及语言合成等电梯新功能;对机械系统采用了新结构、新材料、新技术和新工艺。总之，与国外先进技术水平相比，虽然还存在一定差距，但国内电梯技术正以迅猛的发展速度赶超世界先进水平。

近年来，为保证电梯最终质量，在建立全国性完整的电梯管理法规、落实检查机构、壮大安装调试队伍、组建维修保养网络和提高相关人员技术素质等方面，正在进行着一系列实质性的工作。我国电梯行业，正在走向法规化，加速步入世界先进行列。

二、研究的基本内容，拟解决的主要问题：

(1)查找相关资料，了解国内外电梯控制系统的发展状况，熟悉现有电梯控制系统的发展方向。

(2)

阐述电梯的结构和可编程控制器的结构，了解PLC在电梯领域应用的优势及其硬件组成。

(3)对电梯的硬件设计。

(4)对电梯PLC控制原理进行分析。

(5)对电梯的软件设计。

这里我主要应用PLC原理对电梯的指层控制模块、轿内指令和厅外召唤登记与消号模块、电梯的选层和定向模块、电梯运行控制模块等进行设计。

三、研究步骤、方法及措施：

步骤及方法：

(1)了解现行电梯的结构和可编程控制器的结构。

(2)分析相关的PLC改造。

(3)基于PLC的电梯控制系统的设计。

(4)分析效果。

(5)得出结论。

措施：图书馆查找相关的书籍、期刊、杂志等，通过上网寻找相关的一些资料，查看当代对该技术的研究成果和最新的动态。然后通过对这些资料的学习和研究进一步的熟悉和理解设计所需的相关知识。在设计过程中及时与指导老师探讨，对不了解的问题及时向老师请教。

四、参考文献：

[1]

台方.可编程控制器应用教程[M].北京：中国水利水电出版社，2001，9

[2]

武锋.可编程控制器PLC的基本原理及应用[J].电子世界，2002，（11）

[3]

张凤池.现代工厂电气控制[M].北京：机械工业出版社，2000

[4]

李世基.微机与可编程控制器[M].北京机械工业出版社，1994

[5]

西门子（中国）有限公司.SIMATIC

S-200可编程序控制器系统西门子手册.[6]

王永华.现代电气控制及可编程控制技术[M].北京航空航天出版社，2002

[7]

章丽芙.基于PLC的电梯控制系统

.电气开关!

（2006.No.2)文章编号:

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289X（2006)

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[8]

朱昌明,洪治育,张惠侨.电梯与自动扶梯--原理、设计、安装、测试[M].上海:

上海交通大学出版社,1995.[9]

周万珍.高鸿彬.PLC分析与设计应用[M].北京:电子工业出版社,2006.[10]

李杰.PLC技术在电梯控制系统中的应用.科技创新导报,2008年第19期

[11]

张汉杰.现代电梯控制技术[M]

.哈尔滨:哈尔滨工业大学出版社,1996.

第四篇：开题报告-船用小型UPS电源系统设计

开题报告

电气工程及自动化

船用小型UPS电源系统设计

一、综述本课题国内外研究动态，说明选题的依据和意义

有些小型船用应急电源一般采用冲放电板带蓄电池来组成，当蓄电池处在浮充状态时，能够提供不间断电源，但有一些缺点：

（1）

受电源的限制功率小，承担的负荷太小，满足不了要求

（2）

不能提供交流电源

（3）

电源品质不能保证，如波动问题、频率问题等

因此，船上一些重要设备的备用电源不能直接由充放电板提供，需要更加稳定

UPS（Uninterrupted

Power

Supply）系统。

当船舶主电源发生故障时，在应急发电机启动并正常运行前，为了确保通讯导航设备、无线电设备、检测报警设备及维系生命安全的重要设备供电的连续性，应当采用更为保险的UPS系统。应急发电机正常运行后，所有的UPS负载均可转移到应急配电板上。

那么到底什么是UPS呢？不间断电源，从名称上看，即保证一些重要负载供电的连续性，如报警设备、监控设备等。这些设备一旦出现供电间断，可能会引起重大事故。UPS主要构成包括整流器、充电部分、蓄电池（组）、直流汇流排、逆变器。UPS的基本工作原理：外部电源经过整流后通过充电回路对蓄电池进行充电，旁通电路给负载供电；当外部电源因发生故障而停止供电时，由蓄电池作为电源，经逆变器逆变后对负载供电。好的UPS系统应满足一下要求：输出正弦电压波形、电源波形畸变小、输出频率稳定、电压波动小、效率高、损耗小、噪音低、操作简单、维修方便。

陆用UPS技术相对成熟，主要是陆地稳定，干扰小，满足以上要求更为简单。但是，船舶交流电网的线路及供电质量远不及陆上电网，且由于多种设备集中在船舱狭小的空间内，这对船用UPS电源的抗电磁干扰及可靠性提出了严格的要求，因此，作为船舶供电网络的关键设备，船用UPS技术的研究具有重要的理论意义和实际意义。

我国在船用UPS的设计和制造方面已经取得了出不成绩，但与陆用UPS产品相比还存在着一定的差距，目前我国船用UPS技术存在诸多局限性。

目前UPS主要向两个方向发展，一是网络智能化控制控制，二是全数字化技术。智能化，即采用并联技术将多台小功率UPS设备连接后实现并联运行，这样不但可以方便灵活地配置整个电源系统的容量，而且可以实现电源系统的冗余，大大提高系统的稳定性、可用性、可靠性，因此船用UPS的控制技术相应地向网络智能化方向发展是势在必行。采用微处理器、数字信号处理DSP构成的全数字式控制UPS有很明显的优点：可以大大减少控制元件的数量，提高系统抗干扰能力，降低故障率及对工作温度的要求；制作设计灵活，并联的多台UPS一致性好；可改进性好，一旦有更好的控制方法，只要修改程序即可，无需变动硬件电路，即硬件电路软件化，大大缩短了设计周期；输出电能质量好，可靠性高，便于实现网络智能化管理；并联多台UPS，控制方法灵活，更有利于发挥冗余优势。

船上使用UPS具有重要的作用和意义：一，应急作用，当船舶因为意外故障而断电，比如电线老化、气候影响等等，UPS可以防止突然断电而影响船上重要仪器的工作，给船上各个供电系统造成损害；二，消除电源上的电涌、瞬间高电压、瞬间低电压、电线噪声和频率偏移等“电源污染”，可以极大的改善电源质量，为船舶供电系统提供高质量、不间断的稳定电源。因此，在当前的形势下，船用UPS电源的使用越来越广泛，而对UPS的研究也是非常有必要的。

二、研究的基本内容，拟解决的主要问题：

设计一个为船舶中通讯设备，照明设备、控制设备、辅助机械设备等提供性能可靠的后备UPS电源系统。此UPS系统主电路结构如下框图所示，三相逆变电路

LC滤波

负载

蓄电池组

要求选蓄电池组的电压为168V，能独立提供的线电压为66V，最大输出电流为20A，供电时间为30min，当输出由空载变为满载时输出电压下降不超过2.5%。

设计的基本内容：

（1）

根据要求设计出主电路的结构形式，画出主电路的原理框图。

（2）

主电路各个元件的参数计算和型号选择。

（3）

研究UPS与常用电源的合理切换。

（4）

设计蓄电池组的充电回路。

（5）

对系统进行仿真和研究。

（6）

整理设计数据资料，设计总结，撰写论文。

电路的基本框架图已经给出如上图，各元件的参数选择需经过计算后才能得出。所谓合理切换，即船电正常时UPS系统不工作，当船电不正常时启用UPS系统，保证供电的连续性。充电电路的设计是本文的一个重点，蓄电池电压较高，有一定的设计难度。充电要求电压必须大于蓄电池组电压，还得保证不能过冲，即应该有电压反馈、锁定环节。当然，UPS中有一个很重要的环节----逆变，逆变技术的先进与否直接反映电源的质量。本次设计采用三相桥式电压型逆变电路，原理图如下：

开关器件采用全控型电力MOSFET，主要特点是驱动电路简单，需要的驱动功率小。第二个特点是开关速度快，工作频率高，热稳定性能好。MOS管的驱动使用特定的驱动电路完成。直流电输入，电路正常工作时，每个瞬时有三个桥臂导通，同一相的上下两个桥臂要通断互补。为了防止短路直通现象，可采取先断后通策略。

MOS管的通断控制采用PWM控制方法，PWM波由芯产生，输出PWM波形的占空比由软件控制。有电压闭环反馈环节，从输出端进行电压采样，采样值与设定值比较，形成偏差，再通过PI调节器自动调整，把调整信号输入单片机，单片机控制PWM芯片波改变其输出PWM的占空比。

三、研究步骤、方法及措施：

（1）查找相关资料，总体方案设计论证，作好开题报告。

（2）根据方案，设计所需要的逆变电路。

（3）计算所需电力电子器件的参数，挑选合适的型号。

（4）挑选合适的主芯片，设计控制电路。

（5）挑选适合的芯片，设计蓄电池好充电回路

（6）对所需的电路进行仿真。

（7）完成报告，总结设计过程。

四、参考文献

[1]

王兆安,黄俊.电力电子技术[M].第4版.北京:机械工业出版社,2000.[2]

陈建业.电力电子电路的计算机仿真[M].北京:清华大学出版社,2003.[3]

阎石.数字电子技术基础[M].第4版.北京:高等教育出版社,2005.[4]

康华光.陈大钦.电子技术基础(模拟部分)[M].第4版.北京：高等教育出版社，2004.[5]

杨旭,裴云庆,王兆安.开关电源技术[M].北京:机械工业出版社,2003.[6]

顾绳谷.电机及拖动基础[M].第3版.北京:机械工业出版社,2003.[7]

张颖超等.高精度三相PWM波形产生器SA4828在逆变器中的应用[J].国外电子元器件,2000,36(9):3~5.[8]

张春来,赵殿礼,文元全.船舶电气[M].北京:人民交通出版社,2008.[9]

康华光.电子技术基础(模拟部分)[M].第四版.北京:高等教育出版社,1999.[10]王兆安.电力电子变流技术[M].北京:机械工业出版社,2003.[11]夏德钤,翁贻方.自动控制理论[M].第三版.北京:机械工业出版社,2007.

第五篇：毕业设计开题报告_四轴码垛机器人控制系统设计（模版）

幻灯片1

毕业设计开题报告

——四自由度码垛机器人控制系统设计

幻灯片2

四自由度码垛机器人控制系统设计

 背景

 国内外发展现状及趋势  控制系统

 具体实现细节与技术要点  实践安排  总结

幻灯片3 背景介绍

 自从20世纪60年代初人类制造出第一台工业机器人后，机器人就显示出了强大的生命力。机器人的发展及应用水平已经成为了衡量一个国家制造水平和科技发展水平的重要标志。 作为工业机器人的典型的一种，码垛机器人在工业应用，尤其是包装领域和物流领域正发挥着越来越大的作用。将机器人与包装线相结合，既提高了生产线的工作效率，又增强了运行的可靠性，减少了人力资源的开支，更让当代企业迅速适应不断变化的市场要求，产生巨大的经济效益。

幻灯片4 背景介绍

码垛机器人能适应于纸箱、袋装、罐装、箱体、瓶装等各种形状的包装成品码垛作业。

1.从效率上说，码垛机器人不仅能承担高负重，而且速度和质量远远高于人工。

2.从精度上看，每一台码垛机器人都有独立的控制系统，极大地保证了作业精度。

3.在成本控制方面，机器人虽然前期投入较高，但是却能达到边际成本效用最大化，且各家机器人都在为客户的成本控制而在产品中不断加入新的科技成果。

幻灯片5

四自由度码垛机器人控制系统设计  背景

 国内外发展现状及趋势  控制系统

 具体实现细节与技术要点  实践安排  总结

幻灯片6 国内外发展现状及趋势

 目前欧、美、日的码垛机器人在码垛市场的占有率均超过了90％，绝大数码垛作业由码垛机器人完成。并且基本垄断了全球市场。 我国的工业机器人从上世纪80年代“七五”科技攻关开始起步，在国家支持下，通过“七五”“八五”“九五”科技攻关，取得了长足的进步，涌现出了一大批代表企业和产品，国外码垛机器人在我国市场一统天下的局面正在被打破。



幻灯片7 国内外发展现状及趋势  但总的看来，我国的码垛机器人技术及其应用水平和国外相比还有很大差距，如可靠性低于国外同类产品，起步较晚，运动速度和精度还有很大提升空间。生产线技术水平与国外相比仍有差距。和全球市场相比，码垛机器人应用规模仍然很小，还未发展成专门的产业。并且当前我国的码垛机器人生产品种规格多，批量小，零部件通用化程度低，供货周期长、成本高，可靠性和稳定性不足。 因此迫切需要对码垛机器人及其相关物流、包装自动化等产业进行全面规划，整合资源优势，积极推进产业化进程。同时立足实际，完善码垛机器人相关的产品、系统及结构，努力提高我国的机器人发展水平。

幻灯片8

四自由度码垛机器人控制系统设计  背景

 国内外发展现状及趋势  控制系统

 具体实现细节与技术要点  实践安排  总结

幻灯片9 码垛机器人控制系统  机器人机械结构  硬件控制系统  抓手设计

 软件控制系统

幻灯片10

机器人机械结构

该机器人由四个关节组成，实现四个运动：

腰座旋转（X轴）

水平前后运动（Y轴）

垂直上下运动（Z轴）

腕部回转运动（U轴）

这4种运动全部由交流伺服电机驱动，可以满足读懂大惯性负载和快速精确定位的要求，可根据实际要求设计腕部抓手

幻灯片11 码垛机器人控制系统

 机器人机械结构  硬件控制系统  抓手设计

 软件控制系统

幻灯片12

硬件控制结构

系统采用模块化设计、分布式控制结构

上位机为普通工控机，用于系统监控与作业管理，包括示教盒控制、坐标计算、显示控制、I/O控制、机器人语言编译、计算轨迹、发出运动命令、接收检测返回值、判断执行状况和环境状态。实现对个关节点的协调控制

下位机采用DSP控制器和PLC可编程逻辑控制器

DSP控制器即图中PMAC运动控制卡，主要执行实时运动学计算、轨迹规划、插补运算、伺服控制等，不断读取编码器脉冲量与实时位置，并与给定比较，进行PID调节。PLC主要用于外围设备控制，如机器人手爪气动吸盘、设备监控等

伺服部分通过插补运算得到各部分坐标值，按一定原则，形成控制电机的电流指令值。

该过程对当前各关节角度值和角速度值检测，用软件与给定值相比较，对偏差进行PID调节，实现对各关节的控制

码垛机器人控制系统 机器人机械结构

硬件控制系统

抓手设计

软件控制系统

抓手设计

根据码垛物品的不同，安装相应的抓手实现抓取

主要完成以下动作： 待机—取箱—移箱—码垛—复位

系统软件设计

开放式通用机器人控制系统的软件应在标准语言环境下开发，以实现可移植性、易修改、提供标准接口等，故应采用模块化的工程设计方法

与硬件相对应，软件也分为上下两层，各模块之间相互独立，调用简单。

为适应变化的对象，必须使伺服系统具有某种柔性，通过软件实现，称为软伺服

示教盒软件设计

示教盒与上位机通过串口进行通讯，将接收到的控制指令判断类型，调用相应的控制电机子程序，实现对各轴参数的修改、运动方式控制和示教位置信息的存储

四自由度码垛机器人控制系统设计

背景

国内外发展现状及趋势

控制系统

具体实现细节与技术要点

实践安排

总结

具体实现细节与技术要点

机器人机械结构合理性设计与分析

控制结构整体设计

综合布线设计与连接

软件设计

现场调试

实践与进度安排..调研阶段

其任务是对码垛机器人系统及实现目标进行深入和全面的了解，分析需求的性质与特点，分析解决问题的途径及技术关键，并对获取的信息进行加工和整理。调查的方法主要有查阅文献和考察现场等。

实践安排在寒假放假之前。..开题

做毕业设计开题报告，对整个毕业设计阶段进行任务规划，明确完成目标及所要做的工作。时间集中在开学期一周。..具体技术环节实施

包括系统相关知识学习，系统结构设计，软件设计，现场实施及调试等。该环节会一直持续到论文答辩前。其中会在第8周进行中期进度检查，进行相关总结，明确下一步工作方向与安排。..毕业论文写作

整理相关文献资料，明确论文写作内容与格式要求，进行毕业论文的撰写，进行论文细节的修改，对论文打印装订等..时间安排在论文答辩前四周。..论文答辩

认真准备相关材料，准备答辩。对老师提出的相关问题进行回答。

时间安排在实习阶段最后一周总结

码垛机器人具有优良的工作特性，能够满足多行业的搬运码垛需求，具有广阔的市场前景。进行相关课题的研究，更能促进产学研结合，促进经济发展与工业产业进步，进一步落实服务山东，服务全国的理念。

通过这一阶段的实习设计达到以下目的：

进一步巩固加深对所学的基础理论、基本技能和专业知识的掌握，使之系统化、综合化。

获得从事科研工作的初步训练，培养自身的独立工作、独立思考和综合运用已学知识解决实际问题的能力，尤其是独立获取新知识的能力。

培养设计计算、工程绘图、实验方法、数据处理、文件编辑、文字表达、文献查阅、计算机应用、工具书使用等基本工作实践能力，使学生初步掌握科学研究的基本方法。树立具有符合国情和生产实际的正确设计思想和观点；树立严谨、负责、实事求是、刻苦钻研、勇于探索、具有创新意识、善于与他人合作的工作作风。

对码垛机器人的原理与应用有一个更加深刻和清醒的认识，对相关行业有一个初步了解，对系统设计理念进一步加深。