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第一篇：逆變電源畢業設計文獻翻譯

文獻翻譯

題

目學生姓名專業班級學

號院（系）指導教師完成時間

逆變器

電氣工程及其自動化

電氣信息工程系王剛 2012年02 月 21日

Inverter 1 Introduction An inverter is an electrical device that converts direct current(DC)to alternating current(AC);the converted AC can be at any required voltage and frequency with the use of appropriate transformers, switching, and control circuits.Solid-state inverters have no moving parts and are used in a wide range of applications, from small switching power supplies in computers, to large electric utility high-voltage direct current applications that transport bulk power.Inverters are commonly used to supply AC power from DC sources such as solar panels or batteries.There are two main types of inverter.The output of a modified sine wave inverter is similar to a square wave output except that the output goes to zero volts for a time before switching positive or negative.It is simple and low cost and is compatible with most electronic devices, except for sensitive or specialized equipment, for example certain laser printers.A pure sine wave inverter produces a nearly perfect sine wave output(<3% total harmonic distortion)that is essentially the same as utility-supplied grid power.Thus it is compatible with all AC electronic devices.This is the type used in grid-tie inverters.Its design is more complex, and costs 5 or 10 times more per unit power The electrical inverter is a high-power electronic oscillator.It is so named because early mechanical AC to DC converters were made to work in reverse, and thus were “inverted”, to convert DC to AC.The inverter performs the opposite function of a rectifier.2 Applications 2.1 DC power source utilization An inverter converts the DC electricity from sources such as batteries, solar panels, or fuel cells to AC electricity.The electricity can be at any required voltage;in particular it can operate AC equipment designed for mains operation, or rectified to produce DC at any desired voltageGrid tie inverters can feed energy back into the distribution network because they produce alternating current with the same wave shape and frequency as supplied by the distribution system.They can also switch off automatically in the event of a blackout.Micro-inverters convert direct current from individual solar panels into alternating current for the electric grid.They are grid tie designs by default.2.2 Uninterruptible power supplies An uninterruptible power supply(UPS)uses batteries and an inverter to supply AC power when main power is not available.When main power is restored, a rectifier supplies DC power to recharge the batteries.2.3 Induction heating Inverters convert low frequency main AC power to a higher frequency for use in induction heating.To do this, AC power is first rectified to provide DC power.The inverter then changes the DC power to high frequency AC power.2.4 HVDC power transmission With HVDC power transmission, AC power is rectified and high voltage DC power is transmitted to another location.At the receiving location, an inverter in a static inverter plant converts the power back to AC.2.5 Variable-frequency drives A variable-frequency drive controls the operating speed of an AC motor by controlling the frequency and voltage of the power supplied to the motor.An inverter provides the controlled power.In most cases, the variable-frequency drive includes a rectifier so that DC power for the inverter can be provided from main AC power.Since an inverter is the key component, variable-frequency drives are sometimes called inverter drives or just inverters.2.6 Electric vehicle drives Adjustable speed motor control inverters are currently used to power the traction motors in some electric and diesel-electric rail vehicles as well as some battery electric vehicles and hybrid electric highway vehicles such as the Toyota Prius and Fisker Karma.Various improvements in inverter technology are being developed specifically for electric vehicle applications.[2] In vehicles with regenerative braking，the inverter also takes power from the motor(now acting as a generator)and stores it in the batteries.2.7 The general case A transformer allows AC power to be converted to any desired voltage, but at the same frequency.Inverters, plus rectifiers for DC, can be designed to convert from any voltage, AC or DC, to any other voltage, also AC or DC, at any desired frequency.The output power can never exceed the input power, but efficiencies can be high, with a small proportion of the power dissipated as waste heat.Circuit description

3.1 Basic designs

In one simple inverter circuit, DC power is connected to a transformer through the centre tap of the primary winding.A switch is rapidly switched back and forth to allow current to flow back to the DC source following two alternate paths through one end of the primary winding and then the other.The alternation of the direction of current in the primary winding of the transformer produces alternating current(AC)in the secondary circuit.The electromechanical version of the switching device includes two stationary contacts and a spring supported moving contact.The spring holds the movable contact against one of the stationary contacts and an electromagnet pulls the movable contact to the opposite stationary contact.The current in the electromagnet is interrupted by the action of the switch so that the switch continually switches rapidly back and forth.This type of electromechanical inverter switch, called a vibrator or buzzer, was once used in vacuum tube automobile radios.A similar mechanism has been used in door bells, buzzers and tattoo guns.As they became available with adequate power ratings, transistors and various other types of semiconductor switches have been incorporated into inverter circuit designs 3.2 Output waveforms The switch in the simple inverter described above, when not coupled to an output transformer, produces a square voltage waveform due to its simple off and on nature as opposed to the sinusoidal waveform that is the usual waveform of an AC power supply.Using Fourier analysis, periodic waveforms are represented as the sum of an infinite series of sine waves.The sine wave that has the same frequency as the original waveform is called the fundamental component.The other sine waves, called harmonics, that are included in the series have frequencies that are integral multiples of the fundamental frequency.The quality of output waveform that is needed from an inverter depends on the characteristics of the connected load.Some loads need a nearly perfect sine wave voltage supply in order to work properly.Other loads may work quite well with a square wave voltage.3.3 Three phase inverters Three-phase inverters are used for variable-frequency drive applications and for high power applications such as HVDC power transmission.A basic three-phase inverter consists of three single-phase inverter switches each connected to one of the three load terminals.For the most basic control scheme, the operation of the three switches is coordinated so that one switch operates at each 60 degree point of the fundamental output waveform.This creates a line-to-line output waveform that has six steps.The six-step waveform has a zero-voltage step between the positive and negative sections of the square-wave such that the harmonics that are multiples of three are eliminated as described above.When carrier-based PWM techniques are applied to six-step waveforms, the basic overall shape, or envelope, of the waveform is retained so that the 3rd harmonic and its multiples are cancelled History 4.1 Early inverters From the late nineteenth century through the middle of the twentieth century, DC-to-AC power conversion was accomplished using rotary converters or motor-generator sets(M-G sets).In the early twentieth century, vacuum tubes and gas filled tubes began to be used as switches in inverter circuits.The most widely used type of tube was the thyratron.The origins of electromechanical inverters explain the source of the term inverter.Early AC-to-DC converters used an induction or synchronous AC motor direct-connected to a generator(dynamo)so that the generator's commutator reversed its connections at exactly the right moments to produce DC.A later development is the synchronous converter, in which the motor and generator windings are combined into one armature, with slip rings at one end and a commutator at the other and only one field frame.The result with either is AC-in, DC-out.With an M-G set, the DC can be considered to be separately generated from the AC;with a synchronous converter, in a certain sense it can be considered to be “mechanically rectified AC”.Given the right auxiliary and control equipment, an M-G set or rotary converter can be “run backwards”, converting DC to AC.Hence an inverter is an inverted converter.4 4.2 Controlled rectifier inverters Since early transistors were not available with sufficient voltage and current ratings for most inverter applications, it was the 1957 introduction of the thyristor or silicon-controlled rectifier(SCR)that initiated the transition to solid state inverter circuits.The commutation requirements of SCRs are a key consideration in SCR circuit designs.SCRs do not turn off or commutate automatically when the gate control signal is shut off.They only turn off when the forward current is reduced to below the minimum holding current, which varies with each kind of SCR, through some external process.For SCRs connected to an AC power source, commutation occurs naturally every time the polarity of the source voltage reverses.SCRs connected to a DC power source usually require a means of forced commutation that forces the current to zero when commutation is required.The least complicated SCR circuits employ natural commutation rather than forced commutation.With the addition of forced commutation circuits, SCRs have been used in the types of inverter circuits described above.In applications where inverters transfer power from a DC power source to an AC power source, it is possible to use AC-to-DC controlled rectifier circuits operating in the inversion mode.In the inversion mode, a controlled rectifier circuit operates as a line commutated inverter.This type of operation can be used in HVDC power transmission systems and in regenerative braking operation of motor control systems.Another type of SCR inverter circuit is the current source input(CSI)inverter.A CSI inverter is the dual of a six-step voltage source inverter.With a current source inverter, the DC power supply is configured as a current source rather than a voltage source.The inverter SCRs are switched in a six-step sequence to direct the current to a three-phase AC load as a stepped current waveform.CSI inverter commutation methods include load commutation and parallel capacitor commutation.With both methods, the input current regulation assists the commutation.With load commutation, the load is a synchronous motor operated at a leading power factor.As they have become available in higher voltage and current ratings, semiconductors such as transistors or IGBTs that can be turned off by means of control signals have become the preferred switching components for use in inverter circuits.5 4.3 Rectifier and inverter pulse numbers Rectifier circuits are often classified by the number of current pulses that flow to the DC side of the rectifier per cycle of AC input voltage.A single-phase half-wave rectifier is a one-pulse circuit and a single-phase full-wave rectifier is a two-pulse circuit.A three-phase half-wave rectifier is a three-pulse circuit and a three-phase full-wave rectifier is a six-pulse circuit。With three-phase rectifiers, two or more rectifiers are sometimes connected in series or parallel to obtain higher voltage or current ratings.The rectifier inputs are supplied from special transformers that provide phase shifted outputs.This has the effect of phase multiplication.Six phases are obtained from two transformers, twelve phases from three transformers and so on.The associated rectifier circuits are 12-pulse rectifiers, 18-pulse rectifiers and so on.When controlled rectifier circuits are operated in the inversion mode, they would be classified by pulse number also.Rectifier circuits that have a higher pulse number have reduced harmonic content in the AC input current and reduced ripple in the DC output voltage.In the inversion mode, circuits that have a higher pulse number have lower harmonic content in the AC output voltage waveform.逆變器

1引言

逆變器是一種電動裝置，轉換成直流電（DC），交流電流轉換的AC（交流）可以在任何所需的電壓和頻率使用適當的變壓器，開關，控制circuits.Solid狀態逆變器有沒有移動部件，用于廣泛的應用范圍從小型計算機開關電源，高壓大型電力公司電力，運輸散裝直接電流應用。逆變器通常用于提供交流電源，直流電源，如太陽能電池板或電池。

逆變器的主要有兩種類型。修改后的正弦波逆變器的輸出是類似方波輸出，輸出變為零伏前一段時間切換積極或消極的除外。它是簡單，成本低，是大多數電子設備兼容，除敏感或專用設備，例如某些激光打印機。一個純正弦波逆變器產生一個近乎完美的正弦波輸出（<3％的總諧波失真），本質上是相同的公用事業提供電網。因此，它是與所有的交流電的電子設備兼容。這是在電網領帶逆變器使用的類型。它的設計更復雜，成本5或10倍以上每單位功率電逆變器是一個高功率的電子振蕩器。它這樣命名，因為早期的機械AC到DC轉換器工作在反向，因而被“倒”，將直流電轉換AC.The變頻器執行的整流器對面功能。

2應用

2.1直流電源利用率

逆變器從交流電力來源，如電池，太陽能電池板，燃料電池的直流電轉換成。電力，可以在任何所需的電壓，特別是它可以操作交流電源操作而設計的設備，或糾正，以產生任何所需的voltage Grid領帶逆變器的直流送入分銷網絡的能量，因為它們產生電流交替使用相同的波形和頻率分配制度提供。他們還可以關掉一個blackout.Micro逆變器的情況下自動轉換成交流電電網的電流直接從當前個別太陽能電池板。默認情況下，他們是格領帶設計。

2.2不間斷電源

不間斷電源（UPS），電池和逆變器，交流電源，主電源不可用時使用。當主電源恢復正常時，整流提供直流電源給電池充電。2.3感應加熱

逆變器的低頻交流主電源轉換到更高頻率的感應加熱使用。要做到這一點，首先糾正交流電源提供直流電源。逆變器，然后改變高頻率的交流電源，直流電源。

2.4高壓直流輸電

隨著高壓直流輸電，交流電源經過整流和高壓直流電源傳輸到另一個位置。在接收的位置，在靜態逆變器廠逆變器轉換回交流電源。

2.5變頻驅動器

一個變頻驅動控制向電動機提供電源的頻率和電壓控制交流電機的運行速度。逆變器提供控制電源。在大多數情況下，變頻驅動，包括整流器，使逆變器的直流電源，可從交流主電源提供。由于逆變器是關鍵部件，變頻驅動，有時被稱為逆變器驅動器，或只是逆變器。

2.6電動汽車驅動器

目前使用的權力，在一些電動和柴油交流功率轉換完成使用旋轉器或馬達發電機組（爵套）。在二十世紀初，真空管和充滿氣體管開始被用于逆變器電路中的開關。最廣泛使用的管型晶閘管。

機電逆變器的起源解釋源長期變頻器。早期的AC至DC轉換器采用感應或同步交流電機直接連接到一臺發電機（發電機），使發電機的整流子扭轉在正確的時刻其連接生產直流。后來的發展是同步的轉換器，電機和發電機繞組結合成一個電樞，一端與滑環和整流子在其他只有一個領域的框架。結果要么是交流，直流。與MG組，直流，可考慮將分別從AC生成，同步器，它在一定意義上可以認為是“機械糾正交流”。由于正確的輔助設備和控制設備，MG集或旋轉轉換，可以“倒著跑”，將直流轉換為交流電。因此，逆變器是一個倒置的轉換。

4.2可控整流逆變器

自從1957年初年初以來，晶體管不能提供足夠的電壓和額定電流最逆變器應用，它是1957年的晶閘管或可控硅（SCR）的介紹，開始過渡到固態逆變電路。

可控硅的換相的條件是在可控硅電路設計的關鍵考慮因素。不要關閉可控硅整流自動門控制信號被切斷時。他們只關閉當正向電流降至低于最低維持電流，每一種可控硅變化，通過一些外部進程。對于連接到交流電源的可控硅，整流發生自然每次源??電壓極性反轉。可控硅直流電源連接到通常需要強迫換，強制要求減刑時電流為零的一種手段。最復雜的可控硅電路采用自然，而不是被迫換減刑。此外被迫換電路，可控硅已被用于在以上所述的逆變器電路的類型。

在逆變器傳輸到AC電源由直流電源供電的應用程序，它可以使用交流-直流可控整流電路的反演模式經營。在反演模式，可控整流電路整流逆變器行。這種類型的操作，可用于高壓直流輸電系統和再生制動電機控制系統的操作。

另一種類型的可控硅逆變電路是電流源輸入（CSI）逆變器。一個CSI逆變器是一個六步的電壓源逆變器的雙。用一個電流源逆變器，直流電源作為電流源而非電壓源配置。變頻器可控硅開關在六步序列直接階梯電流波形作為一個三相交流負載的電流。滬深逆變器換方法包括整流負載和并聯電容器減刑。這兩種方法，輸入電流調節協助減刑。帶整流負載，負載是在領先的功率因數運行的同步電機。因為他們已經成為在更高的額定電壓和電流，如可以通過控制信號的晶體管或IGBT的半導體已成為首選開關元件逆變電路使用。

4.3整流器和逆變器的脈沖數

整流電路往往流的每個周期的AC輸入電壓整流的直流側電流脈沖的數量分類。單相半波整流是一個脈沖電路和單相全波整流是兩個脈沖的電路。一個三相半波整流是一個三脈沖電路和三相全波整流是一個六脈沖電路。兩個或兩個以上的整流器三相整流器，有時串聯或并聯連接以獲得更高的電壓或額定電流。提供特種變壓器提供相移輸出整流器的輸入。這有相乘法效應。六個階段是從兩個變壓器，12個階段從三變等。12脈沖整流器，18脈沖整流器等相關的整流電路。當可控整流電路的反演模式在運作，他們將分為脈沖數也。整流電路具有較高的脈沖數減少交流輸入電流和減少直流輸出電壓紋波的諧波含量。在反演模式，有較高的脈沖個數的電路，在AC輸出電壓波形的諧波含量較低。

第二篇：逆變電源畢業設計文獻翻譯

文獻翻譯

題

目學生姓名專業班級學

號院（系）指導教師完成時間

逆變器

電子信息工程

電氣與信息工程學院

2009年06 月 05日

3.1 Basic designs

逆變器是一種能將直流電轉化為可變的交流電的電子裝置，使用適當的變壓器、開關以及控制電路可以將轉化的交流電調整到任何需要的電壓以及頻率值。

固定的逆變器沒有移動部件，其應用范圍極其廣泛，從小型計算機開關電源，到大型電力公司高壓直流電源應用，運輸散貨。逆變器通常用于提供從諸如太陽能電池板或電池直流電源轉換的交流電源..逆變器有兩種主要類型。對修改后正弦波逆變器輸出是一個類似方波輸出，輸出去除了一時間為零伏特，然后才轉到正或負。它的電路簡單而且成本一般較低，并與大多數電子設備兼容，除了敏感或專用設備，例如某些激光打印機。純正弦波逆變器產生一個近乎完美的正弦波輸出“（<3％的總諧波失真），它本質上與公用事業電網提供的相同。因此它與所有的交流電子設備兼容。這是網逆變器配合使用的類型。它的設計更為復雜，成本5人以上每單位功率。[1]電逆變器是一種高功率電子振蕩器的10倍。它是如此命名是因為早期機械AC到DC轉換器的工作作了相反，因此是“倒“，轉換成直流到交流。變頻器的整流執行相反的功能應用

2.1 直流電源利用率

逆變器將直流電，如電池，太陽能電池板，燃料電池等轉換為交流電直流電。轉換的交流電可以是任意需要大小的交流電，特別是它可以操作交流設備用于電源操作，或者濾波產生任何需要的直流電壓。

配電網絡逆變器可以將能量反饋到分配網絡，因為他們產生的交流電和分配網絡提供的交流電的波形和頻率可以是一樣的。而且他們也可以自動關斷輸出當遇到停電事故時。微型逆變器將由個人太陽能電池板產生的直流電轉化為交流電并入電網。接從個人的太陽能電池板的電流。它們使用默認的輸電網設計。

2.2 不間斷電源

不間斷電源（UPS）當主電源無法使用時使用電池和逆變器提供交流電源。當主電源恢復時，一個整流器供應直流電源對電池進行充電。

2.3 感應加熱

逆變器將低頻交流電源轉化為更高的頻率以用于感應加熱使用。要做到這一點，首先交流電源經過濾波提供直流電源。該逆變器，然后更改為高頻率的交流電源直流電源。

2.4 高壓直流輸電

隨著高壓直流輸電，交流電源進行整流和高壓直流電源被傳輸到另一個位置。在接收的位置，在一個靜止變流器廠將直流電源轉換回交流電

2.5 變頻驅動器

一個變頻驅動控制器通過控制供應給電機的電源電壓和頻率來控制交流電機的運行速度。逆變器提供控制信號。在大多數情況下，變頻驅動器包括一個整流器，因而提供給逆變器的直流電源可以由交流主電源提供。由于逆變器是關鍵部件，變頻驅動器有時也被稱為逆變器驅動器或只是逆變器

2.6 電動汽車驅動

調速電動機控制逆變器是目前用于電力牽引在一些電動和柴油電動軌道車輛以及一些電池電動汽車上的電機，如豐田Prius和菲斯克噶瑪混合動力電動汽車高速公路交通工具。在變頻技術的各項改善措施正在制定專門針對電動車輛的應用。與更新制動車輛，還需要從變頻器的電機（現在作為發電機）和它儲存在電池里的電源。

2.7 一般情況下

一個變壓器允許交流電源被轉換為任何所需的電壓，但是卻在相同的頻率。逆變器，直流加整流器，可以設計成任何轉換電壓，交流或直流，在任何需要的頻率，以任何其他電壓，也可以是交流或直流。輸出功率不能超過輸入功率，但效率可以很高，可以允許作為一部分余熱消耗掉功率很小的一部分。電路描述

3.1 基本設計

在一個簡單的逆變電路中，直流電源通過初級繞組的中心抽頭連接到變壓器。開關以極高的頻率來回切換，使電流回流在變壓器的初級繞組里流過一個方向后再向另一個方向流動。初級繞組里電流方向的變化通過變壓器在次級繞組里產生交變電流。

在開關設備機電版本包括兩個固定觸點和彈簧支撐移動接觸點。彈簧持有一個可移動的觸體來和固定觸點接觸，電磁鐵拉動可移動的觸體到對面的固定的觸體。在電磁鐵的電流中斷的交換機中，使交換開關不斷來回迅速切換迅速。這種機動逆變器式開關，稱為一個振動器或蜂鳴器，曾經在真空電子管汽車收音機中使用。一個類似的電子裝置已用于門鈴，蜂鳴器和紋身槍。當開關管有有足夠的額定功率，晶體管和半導體開關各種其他類型的的電子開關器件可用已納入逆變器電路設計。

3.2 輸出波形

上述簡單的逆變器中的開關，當不耦合到輸出變壓器時，輸出電壓波形由于開關管簡單的導通或關斷產生一個方波電壓輸出，而不是交流電最常見的正弦波形，它是一個AC電源波形通常由于其簡單。利用傅里葉分析，周期性波形表示為一個無窮級數的正弦波的總和。正弦波中和原始波形具有相同的頻率的波稱為基波。其他頻率的正弦波，稱為諧波，這是該系列中包括有頻率是基波頻率的整數倍。

輸出波形是從一個逆變器所需的質量取決于逆變器所連接的負載特性。一些載入需要一個近乎完美的正弦波電壓供應才能正常工作。其他的負載可能使用方波電壓也能工作的很好。

3.3 三相逆變器

三相逆變器是用于變頻驅動應用以及諸如高壓直流輸電高功率傳輸。一個基本的三相逆變器由三個單相開關每個連接到三個負載接線端子之一的逆變器組成。對于最基本的控制方案，對三個開關運作協調，以便在每一個開關輸出波形的基本操作60度點。這將創建一個線到線輸出波形有六個步驟。六步之間有一個波形的方波的正面和負面的部分零電壓一步，這樣的諧波，是三個被淘汰上述倍數。當載波脈沖調寬技術技術應用到六步波形時，在整體上基本形狀，或著波形的包絡將被保留，以使三次諧波及其倍數被取消歷史

4.1 早期的變頻器

從十九世紀晚期到二十世紀中葉直流到交流電源的轉換使用旋轉逆變器或者發電機組來完成。在二十世紀早期，真空電子管和充氣管開始被作為逆變電路開關使用。應用最廣的電子管的類型是閘流管。

機動電子逆變器一詞解釋了學術上逆變器的來源。早期的交流到直流轉換器使用的感應或同步交流電動機直接連接到一臺發電機（發電機），使發電機的整流子扭轉在正確的時間來產生直流電。一個后來的發展是同步轉換器，其中電機和發電機繞組組合成一個電樞，一個滑環在電樞一端，整流子在另一端，只有一幀。這樣的結果是交流輸入，直流輸出。隨著設置，直流電可以被認為是分開的出現的交流電;具有同步轉換器，在一定意義上講，它可以被認為是“機械糾正交流“。只要有了正確的輔助和控制設備，設置或旋轉轉換器可“向后跑“，轉換直流到交流。因此，逆變器是一個倒置的轉換器。4.2 整流逆變器控制

自從1957年初以來晶體管沒有足夠的電壓和額定電流可用于大多數逆變器應用，晶閘管或可控硅整流器的開始到固態逆變器電路過渡。

晶閘管換相的條件是在可控硅電路設計中考慮的關鍵因素。可控硅不關閉或整流時自動門控制信號被切斷。只有當正向電流降至低于最低維持電流，他們才會關閉，通過外部加工，不同類型的晶閘管最低電流也會不同。對于連接到交流電源的可控硅，每一次整流源電壓極性都會自然反轉。連接到直流電源的可控硅整流通常需要強迫轉換，迫使電流為零時，需要換一種途徑。最不復雜的電路采用可控硅整流自然代償，而不是強制。隨著附加的代償電路，可控硅已經用于上述逆變器種類。

在逆變電源將直流電轉換為交流電的應用中，它可以使用交流到直流整流控制電路中的反演模式運行。在反轉模式，可控整流逆變電路工作作為換一條線。這種類型的操作，可用于高壓直流輸電系統和再生制動電機控制系統的操作。

另一種類型的可控硅逆變電路是電流源輸入的逆變器。電流源輸入逆變器是一個雙重的六個步驟電壓源逆變器。用電流源逆變器，直流電源配置為電流源，而不是一個電壓源。可控硅逆變器中切換一個六步序電流指示作為加強電流波形三相交流負載。電流源輸入逆變器換相方法包括負載代償和并聯電容器代償。隨著這兩種方法，輸入電流調節輔助代償。負載換向，負載是一個同步電動機在運行領先的功率因數。由于他們已能夠為更高的電壓和額定電流使用，如晶體管或可通過控制信號變成了絕緣柵雙極性晶體管的半導體手段已成為首選的開關逆變器電路中使用的組件。

4.3 整流器和逆變器脈沖數

整流電路通常是每周期的交流輸入電壓流入的直流側的直流幀數來分類。單相半波整流是一個脈沖電路和單相全波整流是雙脈沖電路。一個三相半波整流是三脈沖電路和三相全波整流是一個六脈沖電路。對于三相整流器，有整流器兩個或兩個以上，有時串聯或并聯以獲得更高的電壓或電流額定值。整流器輸入，提供從供應特種變壓器移相輸出。這具有倍增效應階段。6個階段分別從兩個變壓器，從十二相從三個變壓器等。相關的整流電路為12脈沖整流器，18脈沖整流器等。

當控制整流電路中的反向模式時，他們也按輸出脈沖數分類。整流電路具有較高的脈沖數減少在交流輸入電流，并減少直流輸出電壓紋波的諧波含量。在反向模式，電路具有較高的脈沖數有較低的交流輸出電壓波形的諧波含量。

第三篇：逆變電源畢業設計

內江師范學院本科畢業設計

1引言...........................................................................................................................................1 2設計說明書...............................................................................................................................2 2.1概述................................................................................................................................2 2.1.1該逆變電源的基本構成和原理.................................................................................2 2.1.2逆變電源的技術性能指標及主要特點.....................................................................4 2.2逆變電源的主要元器件及其特性................................................................................4 2.2.1 TL494電流模式PWM控制器..................................................................................4 2.2.2場效應管.....................................................................................................................7 2.2.3三極管.........................................................................................................................8 2.3各部分支路電路設計及其參數計算............................................................................8 2.3.1 DC/DC變換電路（附工作指示燈）........................................................................8 2.3.2輸入過壓保護電路...................................................................................................10 2.3.3輸出過壓保護電路...................................................................................................11 2.3.4 DC/AC變換電路......................................................................................................12 2.3.5 TL494芯片?外圍電路............................................................................................13 2.3.6 TL494芯片??外圍電路..........................................................................................14 2.3.7該逆變電源的整機電路原理圖(附錄A)................................................................15 2.3.8該電路的元件參數表(附錄B).................................................................................15 3調試.........................................................................................................................................16 附錄A整機原理圖...................................................................................................................17 附錄B元件參數表...................................................................................................................18 附錄C整機PCB板(兩面).......................................................................................................20 參考文獻....................................................................................................................................21 致謝............................................................................................................錯誤！未定義書簽。

內江師范學院本科畢業設計

摘要

該設計主要應用開關電源電路技術有關知識。涉及模擬集成電路、電源集成電路、直流穩壓電路、開關穩壓電路等原理，充分運用芯片TL494的固定頻率脈沖寬度調制電路及場效應管（N溝道增強型MOSFET）的開關速度快、無二次擊穿、熱穩定性好的優點而組合設計的電路。該逆變電源的主要組成部分為：DC/DC電路、輸入過壓保護電路、輸出過壓保護電路、過熱保護電路、DC/AC變換電路、振蕩電路、全橋電路。在工作時的持續輸出功率為150W，具有工作正常指示燈、輸出過壓保護、輸入過壓保護以及過熱保護等功能。該電源的制造成本較為低廉，實用性強，可作為多種便攜式電器通用的電源。

關鍵詞：過熱保護；過壓保護；集成電路；振蕩頻率；脈寬調制

內江師范學院本科畢業設計

Abstract

The design applying the switching power source circuit technology in connected.Relating with knowledge about what imitate integrated circuit、power source integrated circuit、power amplification integrated circuit and switching regulated voltage circuit on principle.Sufficient apply chip TL494 fixed-frequency pulse width modulation circuit and field effect transistor(N channel strengthen MOSFET)whose switch speed quick, nothing secondary Break down and hot stability good merit to design circuit.Owe the inverter main part ingredient by DC/DC circuit、importing the over-voltage crowbar circuit、exporting an over-voltage crowbar protect a circuit、overheat protective circuit、DC/AC shifts circuit、oscillating circuit and entire bridge circuit.Continuing for during the period of the job exports power functions such as being 150 W, having the regular guiding lights working, exporting an over-voltage crowbar, importing the over-voltage crowbar and overheat protective.The cost of manufacture being a power source of turn is comparatively cheap, the pragmatism is strong, and it has a function annex to the various portably type.Key words: over heat protective;over-voltage integrated circuit(IC);oscillating frequency;pulse width modulation(PWM).iii

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1引言

目前逆變電源應用廣泛，但是電路復雜，價格比較昂貴，為此設計一款逆變電源。該電源主要應用開關電源電路技術的有關知識，涉及模擬集成電路、電源集成電路、直流穩壓電路、開關穩壓電路等原理，充分運用芯片TL494的固定頻率脈沖寬度調制電路[1]和場效應管[2]（N溝道增強型MOSFET）的開關速度快、無二次擊穿、熱穩定性好的優點與三極管一起構成的組合設計電路。

該逆變電源可將電瓶的12V直流電轉換為220V/50Hz的交流電，供數碼相機、CD機、MD唱機、筆記本電腦、小型錄像機、電動剃須刀、手機等便攜式產品使用。因此具有相當強的通用性。

該逆變電源在工作時的持續輸出功率為150W，并且具有輸出過壓保護、輸入過壓保護以及過熱保護等功能。該電源的制造成本較為低廉，千臺以上數量的批產成本僅在40元/臺左右，并且當印制板的尺寸不受限制時，可以將輸出功率做到200W以上，因此該逆變電源幾乎可以替代目前市場上所售的各種逆變器或者逆變電源產品，其應用前景十分廣闊。1

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2設計說明書

2.1概述 2.1.1該逆變電源的基本構成和原理

（1）基本構成

該設計電路的方框圖如圖1。該電路由12V直流輸入、輸入過壓保護電路、過熱保護電路、逆變電路I、220V/50KHz整流濾波、逆變電路II、輸出過壓保護電路等組成。逆變電路I、逆變電路II的框圖分別見圖

2、圖3。逆變電路又包括頻率產生電路（50KHz和50Hz PWM脈沖寬度調制電路）、直流變換電路(DC/DC)將12V直流轉換成220V直流、交流變換電路(DC/AC)將12V直流變換為220V交流。

圖1 整機原理方框圖

逆變電路I原理如圖2所示。此電路的主要功能是將12V直流電轉換為220V/50KHz的交流電。

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圖2 逆變I電路原理方框圖

逆變電路II如圖3所示。此電路的主要功能是將220V直流電轉換為220V/50Hz的交流電。全橋電路以50Hz的頻率交替導通，產生50Hz交流電。

圖3 逆變II電路原理方框圖

（2）電路工作原理

輸入12V直流電源電壓，經過逆變電路I得到220V/50KHz的交流電，此交流電再經過整流濾波電路得到220V高壓直流電，然后經過逆變II得到220V/50Hz交流電。其中輸入過壓保護電路、輸出過壓保護電路、過熱保護電路構成整個電路的保護電路。一旦輸入電壓出現過大或者過小時，保護電路立即啟動，然后停止逆變電路I的工作。過熱保護電路是當電路工作溫度過高時，啟動保護使逆變電路I停止工作。輸出過壓保護電路與逆變電路II構成反饋回路，一旦電路輸出異常則停止逆變電路II的工作。在逆變電路I中是用一塊TL494芯片產生50KHz的脈沖頻率，經過變壓器推挽電路將12V直流轉換成220V/50KHz的交流電。在逆變電路II中再用一塊TL494芯片產生50Hz的

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脈沖波，全橋電路以50Hz的頻率交替導通，從而將220V直流和50Hz脈沖電路整合，然后輸出220V/50Hz的交流電。在該電路中都是利用TL494的輸出端作為逆變電路工作狀態的控制端。

2.1.2逆變電源的技術性能指標及主要特點

（1）輸入：12V直流（汽車蓄電池）。（2）輸出：220V交流（非正弦波）。（3）輸出功率：大于100W。

（4）具有輸入過壓保護和輸出過壓保護。（5）有過熱保護功能。

（6）可作為多種電器的通用電源。（7）含有工作正常指示燈。

2.2逆變電源的主要元器件及其特性 2.2.1 TL494電流模式PWM控制器

TL494是一種固定頻率脈沖寬度調制電路[1]，它包含了開關電源控制所需的全部功能，廣泛用于單端正激雙管式、半橋式以及全橋式開關電源。TL494有SO—16和PDIP—16兩種封裝形式，以適應不同場合的要求。

（1）主要特征

集成了全部的脈沖寬度調制電路。

TL494內置線性鋸齒波振蕩器，外置振蕩元件僅兩個（一個電阻和一個電容）。TL494內置誤差放大器。TL494內置5V參考基準電壓源。可調整死區時間。

TL494內置功率晶體管，可提供500mA的驅動能力。有推或拉兩種輸出方式。（2）引腳設置及其功能

TL494的內部電路由基準電壓產生電路、振蕩器、死區時間比較器、誤差放大器（兩個）、PWM比較器以及輸出電路等組成，各引腳功能見表1。

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表1 TL494引腳功能表

引腳號引腳功能 1、2 誤差放大器I的同相和反相輸入端 3 相位校正和增益控制端間歇期調整，其上加0-3.3V電壓時，可使截止時間從2%線性變化到100%；死區時間控制，輸入直流電壓為0-4V，控制TL494輸出脈沖的占空比為0.45-0。在此基礎上，占空比還受反饋信號控制，四腳還常用作軟啟動控制端，使輸出脈沖寬度由零逐漸達到設計值。5、6 分別用于外接振蕩電容Ct和振蕩電阻Rt，產生鋸齒波電壓并送至PWM比較器，振蕩頻率Fosc?1，定時電阻取值在1KΩ以上

CtRt7 接地端 8、9、10、11 分別為TL494內部兩個末級輸出三極管的集電極和發射極 12

電源供電端輸出控制端，當該端電壓為零時，用于驅動單端電路。該端接地時為并聯單端輸出方式，接14腳時為推挽輸出方式 15、16

5V基準電壓輸出端，最大輸出電流為10mA

誤差放大器II的反相和同相輸入端

（3）工作原理

TL494是一個固定頻率PWM控制電路，其內部結構如圖4所示。TL494適用于設計所有的單端或雙端開關電源電路，其主要性能如下：

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圖4 TL494內部結構圖

·輸入電源電壓為7~40V，可用穩壓電源作為輸入電源，從而使輔助電源簡化。TL494 末級的兩只三極管在7~40V范圍工作時，最大輸出電流可達250mA。因此，其帶負載能力較強，即可按推挽方式工作，也可將兩路輸出并聯工作，小功率時可直接驅動。

·內部有5V參考電壓，使用方便，當參考電壓短路時，有保護功能，控制很方便。·內部有一對誤差放大器，可做反饋放大及保護功能，控制非常方便。

·在高頻開關電源中，輸出方波必須對稱，在其他一些應用中又需要方波人為不對稱，即需控制方波的占空比。通過對TL494的4腳控制，即可調節占空比，還可作輸出軟啟動保護用。

·可以選擇單端、并聯及交替三種輸出方式。

TL494的1腳及2腳為誤差放大器的輸入端。由TL494芯片構成電壓反饋電路時，1、2腳上通過電阻從內部5V基準電壓上取分壓，作為1腳比較的基準。3腳用于補償校正，為PWM比較器的輸入端，接入電阻和電容后可以抑制振蕩，4腳為死區時間控制端，加在4腳上的電壓越高，死區寬度越大。當4腳接地時，死區寬度為零，即全輸出；當其接5V電壓時；死區寬度最大，無輸出脈沖。利用此特點，在4腳和14腳之間接一個電容，可達到輸出軟啟動的目的，還可以供短路保護用。5腳及6腳接振蕩器的接地電容、電阻。

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TL494內置線性鋸齒波振蕩器，振蕩頻率可通過外部的一個電阻和一個電容進行調節，其振蕩頻率如下：

Fosc?

1(1)CtRt輸出脈沖的寬度是通過電容Ct上的正極性鋸齒波電壓與另外兩個控制信號進行比較而實現的。三極管VT1和VT2受控于或非門。當雙穩態觸發器的時鐘信號為低電平時才會被選通，即只有在鋸齒波電壓大于控制信號時才會被選通。當控制信號增大時，輸出脈沖的寬度將減小。

控制信號由集成電路外部輸入，其中一條送至死區時間比較器，另一路送往誤差放大器的輸入端。死區時間比較器具有120mV的輸入補償電壓，它限制了最小輸出死區時間約等于鋸齒波周期的4%。當輸出端接地時，最大輸出占空比為96%，當輸出端接參考電平時，占空比為48%。在死區時間控制端上接固定電壓（在0~3.3V之間）時，即能在輸出脈沖上產生附加的死區時間。

PWM比較器為誤差放大器調節輸出脈沖寬度提供了一個手段：當反饋電壓從0.5V變為3.5V時，輸出的脈沖寬度由被死區確定的最大導通百分比時間下降到零。兩個誤差放大器具有從-0.3V到Ucc-2.0V的共模輸入范圍，這可從電源的輸出電壓和電流中察覺到。誤差放大器的輸出端常處于高電平，它與PWM比較器反相輸入端進行“或”運算。正是由于這種電路結構，誤差放大器只需最小的輸出即可支配控制回路。

當Ct放電時，一個正脈沖將出現在死區時間比較器的輸出端，受脈沖約束的雙穩態觸發器進行計時，同時停止VT1和VT2的工作。若輸出控制端連接到參考電壓上，那么調制脈沖交替送至兩個三極管，輸出頻率等于脈沖振蕩器的一半。如果工作于單端狀態，且占空比小于50%時，則輸出驅動信號可分別從VT1和VT2中取得。輸出變壓器為一個反饋繞組及二極管提供反饋電壓。在單端工作模式下，當需要更大的驅動電流輸出時，可將VT1和VT2并聯使用，這時需將輸出模式控制端接地，以關閉雙穩態觸發器。在這種狀態下，輸出脈沖的頻率將等于振蕩器的頻率。

TL494內置一個5V的基準電壓產生電路，使用外置偏置電壓時，可提供高達10mA的負載電流。在典型的0℃~70℃溫度范圍和50 mV電壓的溫漂條件下，該基準電壓產生電路能提供±5%的精度。

2.2.2場效應管

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場效應管是一種適應開關電源小型化、高效率化和高可靠性要求的理想器件。它是利用電場效應來控制其電流大小的半導體器件[3]。其代表符號如圖5。這種器件不僅兼有開關速度快、無存儲時間、體積小、重量輕、耗電省、壽命長等特點，而且還有輸入阻抗高、噪聲低、熱穩定性好、抗輻射能力強和制造工藝簡單等優點，因此大大的擴展了它的應用范圍，特別是在大規模和超大規模集成電路中得到了廣泛的應用。MOSFET開關較快而無存儲時間，故在較高工作頻率下開關損耗較小，另外所需的開關驅動功率小，降低了電路的復雜性。本設計采用的是N溝道增強型MOSFET。只有在正的漏極電源的作用下，在柵源之間加上正向電壓（柵極接正，源極接負），才能使該場效應管導通。當Vgs>0時才有可能有電流即漏極電流產生。即當Vgs?0時MOS管才導通。

圖5 MOSFET代表符號圖

2.2.3三極管

本設計選用了兩種三極管，因為電路中有50KHz和50Hz兩個頻率，用于50KHz電路的三極管選擇為8550型[4]，而用于50Hz低頻的三極管選擇為KSP44型。三極管的工作狀態有截止、放大、飽和三種。此設計電路中主要運用三極管的導通截止的開關特性。

2.3各部分支路電路設計及其參數計算 2.3.1 DC/DC變換電路（附工作指示燈）

由DC/AC和整流濾波電路組成[5]。電路結構如圖6，VT1和VT2的基極分別接TL494的兩個內置晶體管的發射極。中心器件變壓器T1，實現電壓由12V脈沖電壓轉變為220V脈沖電壓。此脈沖電壓經過整流濾波電路變成220V高壓直流電壓。變壓器T1的工作頻率選為50KHz左右[4]，因此T1可選用EI33型的高頻鐵氧體磁心變壓器，變壓器的

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匝數比為12?220?0?05，變壓器選擇為E型，可自制。經過實踐調制選擇初級匝數為10×2，次級匝數為190。10?190?0?05即滿足變壓器匝數比約為0.05。電路正常時，TL494的兩個內置晶體管交替導通，導致圖中晶體管VT1、VT2的基極也因此而交替導通，VT3和VT4 交替導通。因為變壓器選擇為E型，這樣使變壓器工作在推挽狀態，VT3和VT4以頻率為50KHz交替導通，使變壓器的初級輸入端有50KHz的交流電。當VT1導通時，場效應管VT3因為柵極無正偏壓而截止，而此時VT2截止，導致場效應管VT4柵極有正偏壓而導通。當VT1導通時，VT2截止，場效應管VT3因為柵極無正偏壓而截止，而此時VT2截止，導致場效應管VT4柵極有正偏壓而導通。且交替導通時其峰值電壓為12V，即產生了12V/50KHz的交流電。當電路工作不正常時，TL494輸出控制端為低電平時，TL494的兩個內置晶體管的集電極（8腳和9腳）有12V正偏壓，基極為高電平，導致兩晶體管同時導通。VT1和VT2因為基極都為高電平而飽和導通，而場效應管VT3、VT4將因柵極無正偏壓都處于截止狀態，逆變電源停止工作，LED指示燈熄滅。極性電容C1濾去12V直流中的交流成分，降低輸入干擾。濾波電容C1可取為2200μF。R1、R2、R3起限流作用，取值為4.7KΩ。整流濾波電路由四只整流二極管和一個濾波電容組成。四只整流二極管D1~D4接成電橋的形式，稱單相橋式整流電路[2]。在橋式整流電路中，電容C2濾去了電路中的交流成分，由模擬電路直流穩壓電源的電容濾波電路[2]知：

?d?RC??3~5?T

1(2)

2當f=50KHz時，??1，R=116KΩ時，R為后繼負載電阻，則C?4.3?10?10F。根50KHz據電容標稱值選擇C2為10μF。輸出220V高壓直流電，供后繼逆變電路使用。

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圖6 直流變換電路圖

2.3.2輸入過壓保護電路

電路結構如圖7，由DZ1、電阻R1和電阻R2、電容C1、二極管VD1組成。輸出端口接TL494芯片I的同相輸入端（第1腳），通過該芯片的誤差比較器對其輸出進行控制[6]，當輸入過大電壓時，停止逆變電路工作從而使電路得到保護。因為輸入電壓直接決定了輸出電壓的值，對輸入端電壓的保護也是對輸出端子間過大電壓進行負載保護。VD1、C1、R1組成了保護狀態維持電路，只要發生瞬間的輸入電壓過大現象，就導致穩壓管擊穿，電路將沿C1和R1支路充電，繼續維持同相端的低電平狀態，保護電路就會啟動并維持一段時間。當C1和R1充電完成，C1和R2支路開始處于放電狀態，當C1放電完成時，TL494芯片I的同相輸入端由低電平翻轉為高電平，導致TL494芯片I的3腳即反饋輸入端為高電平狀態，進而導致TL494芯片內部的PWM比較器、或門、或非門的輸出均發生翻轉，TL494芯片內置功率輸出級三極管VT1和VT2均轉為截止狀態。此時將導致直流變換電路的場效應管處于截止狀態，直流變換電路停止工作。同時TL494的4腳為高電平狀態，4腳為高電平時，將抬高芯片內部死區時間比較器同相輸入端的電位，使該比較器的輸出為恒定的高電平，由TL494芯片內部結構知，芯片內置三極管截止，從而停止后繼電路的工作。穩壓管的穩壓值一般為輸入電壓的100%~130%。穩壓管DZ1的穩壓值決定了該保護電路的啟動門限電壓值。考慮到汽車行駛過程中電瓶電壓的正常值變化幅度大小，通常將穩壓管的穩壓值選為15V或者16V

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較為合適。在此取為15V，穩壓管的功率為0.15W。R1取為100KΩ，R2、R3均取為4.7KΩ，C1、C2均取為47μF。

圖7 輸入過壓電路保護圖

2.3.3輸出過壓保護電路

電路結構如圖8，當輸出電壓過高時將導致穩壓管DZ1擊穿，使TL494芯片II的4腳對地的電壓升高，啟動TL494芯片II的保護電路，切斷輸出。VD1、C1、R2組成了保護狀態維持電路，R3、R4為保護電阻，用以增大輸出阻抗。穩壓管的穩壓值一般規定為輸出電壓的130%~150%[7]。后繼電路為220V/50Hz輸出，其中負載電阻為100KΩ，TL494芯片II的輸出腳電壓最大為12V，R1為限流電阻可取值為100KΩ，R2為保護電阻可取為16KΩ，根據電路分壓知識[8]，則R2上的電壓為：

U?R2?220??R1?R1??220?16?116?30.34V

(3)

即穩壓管的電壓取值最大為30.34V，這里穩壓管取值為30V。

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圖8 輸出過壓電路保護圖

2.3.4 DC/AC變換電路

電路結構如圖9，該變換電路為全橋橋式電路[6]。其中TL494芯片的8腳和11腳為內置的兩個三極管的集電級，且兩個內置三極管是交替導通的，變替導通的頻率為50Hz。圖中8腳和11腳分別接入了上下兩部分完全對稱的橋式電路，因為兩三極管交替工作，工作頻率為50Hz，所以選用橋式電路，目的在于得到50Hz交流電。上下兩部分電路工作過程完全相同。選其中一部分作為說明。這里將其簡化如圖10。圖中VT0為TL494芯片II的一個內置三極管設為VT00，另一個設為VT01。當VT00導通時，即VT01截止時：VT1的基級沒有正偏壓，從而使VT1截止，然后VT3的柵極有12V正偏電壓，使VT3導通。而VT4因為柵極無正偏壓截止，輸出220V電壓。當VT00截止時，即VT01導通時：VT1基級有12V正偏壓，集電極有12V反向電壓，從而導通。VT3的柵極無正偏電壓，從而使VT3截止。而VT4因為柵極有12V正偏壓導通。因為VT3截止，220V電壓無法送至輸出。但此時下半部分的電路有220V電壓輸出。因為此時TL494芯片II的另一個內置三極管VT01導通，它的集電極即第11腳使逆變電路I有220V電壓輸出。原理同上。上下兩部分以頻率為50Hz而交替導通，從而使電路有220V/50Hz的交流電輸出。由于TL494芯片為脈沖調制器，其產生的波形為脈沖波而不是正弦波。VT1、VT2、VT3、VT4、VT5、VT6應選擇低頻小功率型的。這里VT1和VT2為晶體三極管可選擇KSP14型，VT3、VT4、VT5和VT6為場效應管可選擇為IRF740型。限流電阻可選擇10KΩ、1KΩ、4.7KΩ、3.3KΩ的經典取值。C1、C2和C3均為平滑輸出的吸收電容。C1和C2可取為10μF，C3取為0.01μF。

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圖9 DC/AC轉換電路圖

圖10 簡化圖

2.3.5 TL494芯片?外圍電路

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電路結構如圖11，包含過熱保護電路及振蕩電路。15腳為芯片TL494的反相輸入端，16為同相輸入端，電路正常情況下15腳電壓應略高于16腳電壓才能保證誤差比較器II的輸出為低電平，才能使芯片內兩個三極管正常工作。因為芯片內置5V基準電壓源，負載能力為10mA。所以15腳電壓應高于5V。15腳電壓計算式為：

U?12?R2??R1?R2?Rt?

(4)

這里Rt為正溫度系數熱敏電阻，常溫阻值可在150~300?范圍內任選，適當選大寫可提高過熱保護電路啟動的靈敏度。這里取200?。R1取36KΩ，R2取39KΩ，則15腳電壓為6.22V。符合要求。該脈寬調制器的振蕩頻率為50KHz，由公式（1）知Fosc?1??CtRt?，圖中C2、R3為芯片的振蕩元件。C2即為Ct，R3即為Rt。其中Fosc取為50KHz，C2取4700pF，則R3取4.3KΩ。

圖11 TL494芯片I外圍電路

2.3.6 TL494芯片??外圍電路

電路結構如圖12，同樣15腳為芯片TL494的反相輸入端，16腳為同相輸入端，電路正常情況下15腳電壓應略高于16腳電壓才能保證誤差比較器II的輸出為低電平，才能使芯片內兩個三極管正常工作。因為芯片內置5V基準電壓源，由圖可知15腳的電壓為5V，16腳的電壓為0V。芯片內置比較器II的輸出為低電平。5腳和6腳為振蕩器的定時電容和定時電阻接入端。因為要使輸出頻率為50Hz，由公式Fosc?1??CtRt?

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知：當Rt取為220KΩ時，Ct?9.09?10?8μF，可取為0.1μF。C1和R2是芯片的振蕩元件，即是R2取值為220KΩ，C1取值為0.1μF。芯片的8腳和11腳接逆變電路II，4腳接輸入過壓保護電路。電容C2取值為47μF，電阻R3取值為10KΩ，當輸入過壓保護電路啟動后，使電容C2對R3放電，使4腳保持為低電平，使TL494芯片II的電路維持一端時間，直到C2放電完畢，則使4 腳為高電平，抬高死區電壓，從而使芯片II停止工作。

圖12 TL494芯片II外圍電路

2.3.7該逆變電源的整機電路原理圖(附錄A)2.3.8該電路的元件參數表(附錄B)15

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3調試

該逆變電源在接通12V直流電源后，LED指示燈亮，說明電路工作正常。由于該電路設有上電軟啟動[9]功能，在接通電源后要等7S左右才有220V直流輸出。若發生輸入電流過大、輸出電壓過大或者電路工作環境過熱的情況均會使LED指示燈變暗，說明逆變電路停止工作。若在接通電源后要等10S左右指示燈還沒有點亮，說明逆變電路有問題或者LED燈極性安裝反了。該電路的PCB板[10]示意圖見附錄C。

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附錄A整機原理圖

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附錄B元件參數表

表2 元件參數表

裝配位號 C1 C3 C5 C7 C9 C11 C14 VD1~VD4 VD9~VD11 VD13 DZ1 IC1、IC2 VT1、VT3 VT5、VT8 VT9、VT10 R2 R4 R6 R8~R11 R13 R15 R17、R18 R20 R22 R25 R27

裝配參數 22μF/16V 47μF/16V 2200μF/16V 47μF /16V 0.01μF 0.22μF 0.01μF/1000V

1N4148 1N4148 1N4148 15V/0.5W TL494CN 8550 KSP44 IRF740 39K 270 4.7K 4.7K 10K 10K 1K 4.7K 10K 1K

3.3K

裝配位號 C2 C4 C6 C8 C10 C12 C13 C15 VD5~VD8 VD12 VD14 DZ2 LED VT2、VT4 VT6、VT7

R1 R3 R5 R7 R12 R14 R16 R19 R21 R23、R24 R26

裝配參數 47μF/16V 4700pF 47μF/16V 0.1μF 0.01μF 10μF/400V 10μF/50V 10μF/50V HER306 FR107 FR107 30V/0.5W 綠色Ф3 IRF3205 IRF740 36K 100K 100K 4.3K 470K 220K 4.7K 3.3K 1K 4.7K 16K

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續表2

裝配位號 DCIN Rt R28、R29

裝配參數 12V/DC 150

100K

裝配位號 X AC T1--

裝配參數彈片插孔 EI33--

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附錄C整機PCB板(兩面)

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參考文獻

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第四篇：Cnzassn逆變電源畢業設計

Time will pierce the surface or youth, will be on the beauty of the ditch dug a shallow groove;Jane will eat rare!A born beauty, anything to escape his sickle sweep

.--Shakespeare

摘要

關鍵詞：過熱保護；過壓保護；集成電路；振蕩頻率；脈寬調制

Abstract

2設計說明書

2.1概述 2.1.1該逆變電源的基本構成和原理

（1）基本構成

圖1 整機原理方框圖

逆變電路I原理如圖2所示。此電路的主要功能是將12V直流電轉換為220V/50KHz的交流電。

圖2 逆變I電路原理方框圖

逆變電路II如圖3所示。此電路的主要功能是將220V直流電轉換為220V/50Hz的交流電。全橋電路以50Hz的頻率交替導通，產生50Hz交流電。

圖3 逆變II電路原理方框圖

（2）電路工作原理

2.1.2逆變電源的技術性能指標及主要特點

（1）輸入：12V直流（汽車蓄電池）。（2）輸出：220V交流（非正弦波）。（3）輸出功率：大于100W。

（4）具有輸入過壓保護和輸出過壓保護。（5）有過熱保護功能。

（6）可作為多種電器的通用電源。（7）含有工作正常指示燈。

2.2逆變電源的主要元器件及其特性 2.2.1 TL494電流模式PWM控制器

（1）主要特征

集成了全部的脈沖寬度調制電路。

TL494內置線性鋸齒波振蕩器，外置振蕩元件僅兩個（一個電阻和一個電容）。TL494內置誤差放大器。TL494內置5V參考基準電壓源。可調整死區時間。

TL494內置功率晶體管，可提供500mA的驅動能力。有推或拉兩種輸出方式。（2）引腳設置及其功能

TL494的內部電路由基準電壓產生電路、振蕩器、死區時間比較器、誤差放大器（兩個）、PWM比較器以及輸出電路等組成，各引腳功能見表1。

表1 TL494引腳功能表

CtRt7 接地端 8、9、10、11 分別為TL494內部兩個末級輸出三極管的集電極和發射極 12

電源供電端輸出控制端，當該端電壓為零時，用于驅動單端電路。該端接地時為并聯單端輸出方式，接14腳時為推挽輸出方式 15、16

5V基準電壓輸出端，最大輸出電流為10mA

誤差放大器II的反相和同相輸入端

（3）工作原理

TL494是一個固定頻率PWM控制電路，其內部結構如圖4所示。TL494適用于設計所有的單端或雙端開關電源電路，其主要性能如下：

圖4 TL494內部結構圖

·內部有5V參考電壓，使用方便，當參考電壓短路時，有保護功能，控制很方便。·內部有一對誤差放大器，可做反饋放大及保護功能，控制非常方便。

·可以選擇單端、并聯及交替三種輸出方式。

TL494內置線性鋸齒波振蕩器，振蕩頻率可通過外部的一個電阻和一個電容進行調節，其振蕩頻率如下：

Fosc?

2.2.2場效應管

圖5 MOSFET代表符號圖

2.2.3三極管

2.3各部分支路電路設計及其參數計算 2.3.1 DC/DC變換電路（附工作指示燈）

?d?RC??3~5?T

1(2)

2當f=50KHz時，??1，R=116KΩ時，R為后繼負載電阻，則C?4.3?10?10F。根50KHz據電容標稱值選擇C2為10μF。輸出220V高壓直流電，供后繼逆變電路使用。

圖6 直流變換電路圖

2.3.2輸入過壓保護電路

較為合適。在此取為15V，穩壓管的功率為0.15W。R1取為100KΩ，R2、R3均取為4.7KΩ，C1、C2均取為47μF。

圖7 輸入過壓電路保護圖

2.3.3輸出過壓保護電路

U?R2?220??R1?R1??220?16?116?30.34V

(3)

即穩壓管的電壓取值最大為30.34V，這里穩壓管取值為30V。

圖8 輸出過壓電路保護圖

2.3.4 DC/AC變換電路

圖9 DC/AC轉換電路圖

圖10 簡化圖

2.3.5 TL494芯片?外圍電路

U?12?R2??R1?R2?Rt?

(4)

圖11 TL494芯片I外圍電路

2.3.6 TL494芯片??外圍電路

圖12 TL494芯片II外圍電路

2.3.7該逆變電源的整機電路原理圖(附錄A)2.3.8該電路的元件參數表(附錄B)

3調試

附錄A整機原理圖

附錄B元件參數表

表2 元件參數表

裝配位號 C1 C3 C5 C7 C9 C11 C14 VD1~VD4 VD9~VD11 VD13 DZ1 IC1、IC2 VT1、VT3 VT5、VT8 VT9、VT10 R2 R4 R6 R8~R11 R13 R15 R17、R18 R20 R22 R25 R27

裝配參數 22μF/16V 47μF/16V 2200μF/16V 47μF /16V 0.01μF 0.22μF 0.01μF/1000V

1N4148 1N4148 1N4148 15V/0.5W TL494CN 8550 KSP44 IRF740 39K 270 4.7K 4.7K 10K 10K 1K 4.7K 10K 1K

3.3K

裝配位號 C2 C4 C6 C8 C10 C12 C13 C15 VD5~VD8 VD12 VD14 DZ2 LED VT2、VT4 VT6、VT7

R1 R3 R5 R7 R12 R14 R16 R19 R21 R23、R24 R26

裝配參數 47μF/16V 4700pF 47μF/16V 0.1μF 0.01μF 10μF/400V 10μF/50V 10μF/50V HER306 FR107 FR107 30V/0.5W 綠色Ф3 IRF3205 IRF740 36K 100K 100K 4.3K 470K 220K 4.7K 3.3K 1K 4.7K 16K

續表2

裝配位號 DCIN Rt R28、R29

裝配參數 12V/DC 150

100K

裝配位號 X AC T1--

裝配參數彈片插孔 EI33--

附錄C整機PCB板(兩面)

參考文獻

[1] 周志敏，周紀海，紀愛華．現代開關電源控制電路設計及應用[M]．北京：人民郵電出版社，2005：124-147．

[2] 康華光，陳大欽．電子技術基礎（模擬部分）（第四版）[M]．北京：高等教育出版社，1999：37，51，53-55，57，68-70，168-170，444-470．

[3] 康華光，鄒壽彬．電子技術基礎（數字部分）（第四版）[M]．北京：高等教育出版社，2000：32-33，197-198．

[9]《日英漢無線電技術詞典》編輯組．日英漢無線電技術詞典[Z]．北京：國防工業出版社，1971：258，496，761，901．

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第五篇：4畢業設計(論文)外文文獻翻譯范文

黃石理工學院畢業設計（論文）外文文獻翻譯

模糊控制理論

摘自維基百科 2011年11月20日

概述

模糊邏輯廣泛適用于機械控制。這個詞本身激發一個一定的懷疑,試探相當于“倉促的邏輯”或“虛假的邏輯”,但“模糊”不是指一個部分缺乏嚴格性的方法,而這樣的事實,即邏輯涉及能處理的概念,不能被表達為“對”或“否”,而是因為“部分真實”。雖然遺傳算法和神經網絡可以執行一樣模糊邏輯在很多情況下,模糊邏輯的優點是解決這個問題的方法,能夠被鑄造方面接線員能了解,以便他們的經驗,可用于設計的控制器。這讓它更容易完成機械化已成功由人執行。

歷史以及應用

模糊邏輯首先被提出是有Lotfi在加州大學伯克利分校在1965年的一篇論文。他闡述了他的觀點在1973年的一篇論文的概念,介紹了語言變量”,在這篇文章中相當于一個變量定義為一個模糊集合。其他研究打亂了,第二次工業應用中,水泥窯建在丹麥,即將到來的在線1975。

模糊系統在很大程度上在美國被忽略了,因為他們更多關注的是人工智能，一個被過分吹噓的領域，尤其是在1980年中期年代,導致在誠信缺失的商業領域。

然而日本人對這個卻沒有偏見和忽略，模糊系統引發日立的Seiji Yasunobu和Soji Yasunobu Miyamoto的興趣。,他于1985年的模擬,證明了模糊控制系統對仙臺鐵路的控制的優越性。他們的想法是被接受了,并將模糊系統用來控制加速、制動、和停車，當線于1987年開業。

1987年另一項促進模糊系統的興趣。在一個國際會議在東京的模糊研究那一年,Yamakawa論證<使用模糊控制,通過一系列簡單的專用模糊邏輯芯片,在一個“倒立擺“實驗。這是一個經典的控制問題,在這一過程中,車輛努力保持桿安裝在頂部用鉸鏈正直來回移動。

這次展示給觀察者家們留下了深刻的印象,以及后來的實驗,他登上一Yamakawa酒杯包含水或甚至一只活老鼠的頂部的鐘擺。該系統在兩種情況下,保持穩定。Yamakawa最終繼續組織自己的fuzzy-systems研究實驗室幫助利用自己的專利在田地里的時候。

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展示之后,日本工程師開發出了大范圍的模糊系統用于工業領域和消費領域的應用。1988年,日本建立了國際模糊工程實驗室,建立合作安排48公司進行模糊控制的研究。

松下吸塵器使用微控制器運行模糊算法去控制傳感器和調整吸塵力。日立洗衣機用模糊控制器Load-Weight,Fabric-Mix和塵土傳感器及自動設定洗滌周期來最佳利用電能、水和洗滌劑。

佳能研制出的一種上相機使用電荷耦合器件(CCD)測量中的圖像清晰的六個區域其視野和使用提供的信息來決定是否這個影像在焦點上(清晰)。它也可以追蹤變化的速率在鏡頭運動的重點,以及它的速度以防止控制超調。相機的模糊控制系統采用12輸入,6個輸入了解解現行清晰所提供的數據和其他6個輸入測量CCD鏡頭的變化率的運動。輸出的位置是鏡頭。模糊控制系統應用13條規則,需要1.1 千字節記憶信息。

另外一個例子是,三菱工業空調設計采用25加熱規則和25冷卻規則。溫度傳感器提供輸入,輸出一個控制逆變器,一個壓縮機氣閥,風扇電機。和以前的設計相比,新設計的模糊控制器增加五次加熱冷卻速度,降低能耗24%,增加溫度穩定性的一個因素兩個,使用較少的傳感器。

日本人對模糊邏輯的人情是反映在很廣泛的應用范圍上,他們一直在研究或實現:例如個性和筆跡識別光學模糊系統,機器人,聲控機器人直升飛機。

模糊系統的相關研究工作也在美國和歐洲進行著。美國環境保護署分析了模糊控制節能電動機,美國國家航空和宇宙航行局研究了模糊控制自動太空對接。仿真結果表明,模糊控制系統可大大降低燃料消耗。如波音公司、通用汽車、艾倫-布拉德利、克萊斯勒、伊頓,和漩渦了模糊邏輯用于低功率冰箱、改善汽車變速箱。在1995年美泰克公司推出的一個“聰明” 基于模糊控制器洗碗機，“一站式感應模塊”包括熱敏電阻器,用來溫度測量;電導率傳感器,用來測量離子洗滌劑水平存在于洗;分散和濁度傳感器用來檢測透射光測量失禁的洗滌,以及一個磁致伸縮傳感器來讀取旋轉速率。這個系統確定最優洗周期任何載荷,獲得最佳的結果用最少的能源、洗滌劑、和水。

研究和開發還繼續模糊應用軟件,作為反對固件設計,包括模糊專家系統模糊邏輯與整合神經網絡和所謂的自適應遺傳軟件系統,其最終目的是建立“自主學習”模糊控制系統。

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模糊集

輸入變量在一個模糊控制系統是集映射到一般由類似的隸屬度函數,稱為“模糊集”。轉換的過程中,一個干脆利落的輸入值模糊值稱為“模糊化”。

一個控制系統也有各種不同的類型開關或“開關”,連同它的模擬輸入輸入,而這樣的開關輸入當然總有一個真實的價值等于要么1或0,但該方案能對付他們,簡單的模糊函數,要么發生一個值或另一個。

賦予了“映射輸入變量的隸屬函數和進入真理價值,單片機然后做出決定為采取何種行動基于一套“規則”,每一組的形式。

在一個例子里,有兩個輸入變量是“剎車溫度”和“速度”,定義為模糊集值。輸出變量,“制動壓力” ,也定義為一個模糊集,有價值觀像“靜”、“稍微增大” “略微下降”,等等。

這條規則本身很莫名其妙,因為它看起來好像可以使用，會干擾到與模糊,但要記住,這個決定是基于一套規則。

所有的規則都調用申請,使用模糊隸屬度函數和誠實得到輸入值,確定結果的規則。這個結果將被映射成一個隸屬函數和控制輸出變量的真值。

這些結果相結合,給出了具體的(“脆”)的答案,實際的制動壓力,一個過程被稱為解模糊化，結合了模糊操作規則 “推理“描述”模糊專家系統”。

傳統的控制系統是基于數學模型的控制系統,描述了使用一個或更多微分方程確定系統回應其輸入。這類系統通常被作為“PID控制器”他們是產品的數十年的發展建設和理論分析,是非常有效的。

如果PID和其他傳統的控制系統是如此的先進,何必還要模糊控制嗎?它有一些優點。在許多情況下,數學模型的控制過程可能不存在,或太“貴”的認識論的計算機處理能力和內存,與系統的基于經驗規則可能更有效。

此外,模糊邏輯都適合低成本實現基于廉價的傳感器、低分辨率模擬/數字轉換器,或8位單片機芯片one-chip 4比特。這種系統可以很容易地通過增加新的規則升級來提高性能或添加新功能。在許多情況下,模糊控制可以用來改善現有的傳統控制器系統通過增加了額外的情報電流控制方法。

模糊控的細節

模糊控制器是很簡單的理念上。它們是由一個輸入階段,一個處理階段,一個輸

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出階段。地圖傳感器輸入級或其他輸入,比如開關等等,到合適的隸屬函數和真理的價值。每一個適當的加工階段調用規則和產生的結果對每個人來說,然后結合結果的規則。最后,將結果輸出階段相結合的具體控制輸出回他的價值。

最常見的形狀是三角形的隸屬度函數,盡管梯形和貝爾曲線也使用,但其形狀通常比數量更重要曲線及其位置。從三人至七人通常是適當的覆蓋曲線所需要的范圍的一個輸入值,或“宇宙的話語“在模糊術語。

作為討論之前,加工階段是基于規則的集合的形式邏輯IFThen規則。作為一個例子,解釋一個規則,因為如果(溫度是“冷”),那么(加熱器是“高”)由第一階表達式冷(x)→高(y)和假設r是一個輸入這樣冷(r)是假的。然后公式冷(r)→高(t)是適用于任何一個師,因此任何不正確的控制提供了一種給r。很明顯,如果我們考慮系統的先例的規則類定義一個分區這樣一個自相矛盾的現象不會出現。在任何情況下它有時是不考慮兩個變量x和y在一條規則沒有某種功能的依賴。嚴謹的邏輯正當化中給出的模糊控制Hajek的書,被描繪成一個模糊控制理論的基本Hajek邏輯。在2005 Gerla模糊控制邏輯方法,提出了一種基于以下的想法。f模糊函數表示的系統與模糊控制相結合,即:給定輸入r,s(y)?f(r,y)是模糊集合可能的輸出。然后給出一個可能的輸出的t,我們把f(r,t)為真理程度的表示。更多的是任何系統的If-Then規則可轉化為一個模糊的程序,在這種情況下模糊函數f模糊謂詞的解釋很好(x,y)在相關的最小模糊Herbrand

模型。以這樣一種方式成為一個章模糊控制的模糊邏輯編程。學習過程成為一個問題屬于歸納邏輯理論。

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Fuzzy Control From Wikipedia November 2011

Overview

Fuzzy logic is widely used in machine control.The term itself inspires a certain skepticism, sounding equivalent to ”half-baked logic“ or ”bogus logic“, but the ”fuzzy“ part does not refer to a lack of rigour in the method, rather to the fact that the logic involved can deal with concepts that cannot be expressed as ”true“ or ”false“ but rather as ”partially true“.Although genetic algorithms and neural networks can perform just as well as fuzzy logic in many cases, fuzzy logic has the advantage that the solution to the problem can be cast in terms that human operators can understand, so that their experience can be used in the design of the controller.This makes it easier to mechanize tasks that are already successfully performed by humans.History and applications

Fuzzy logic was first proposed by Lotfi A.Zadeh of the University of California at Berkeley in a 1965 paper.He elaborated on his ideas in a 1973 paper that introduced the concept of ”linguistic variables“, which in this article equates to a variable defined as a fuzzy set.Other research followed, with the first industrial application, a cement kiln built in Denmark, coming on line in 1975.Fuzzy systems were largely ignored in the U.S.because they were associated with artificial intelligence, a field that periodically oversells itself, especially in the mid-1980s, resulting in a lack of credibility within the commercial domain.The Japanese did not have this prejudice.Interest in fuzzy systems was sparked by Seiji Yasunobu and Soji Miyamoto of Hitachi, who in 1985 provided simulations that demonstrated the superiority of fuzzy control systems for the Sendai railway.Their ideas were adopted, and fuzzy systems were used to control accelerating, braking, and stopping when the line opened in 1987.Another event in 1987 helped promote interest in fuzzy systems.During an international meeting of fuzzy researchers in Tokyo that year, Takeshi Yamakawa demonstrated the use of fuzzy control, through a set of simple dedicated fuzzy logic chips, in an ”inverted pendulum“ experiment.This is a classic control problem, in which a vehicle tries to keep a pole mounted on its top by a hinge upright by moving back and forth.Observers were impressed with this demonstration, as well as later experiments by Yamakawa in which he mounted a wine glass containing water or even a live mouse to the top of the pendulum.The system maintained stability in both cases.Yamakawa eventually went on to organize his own fuzzy-systems research lab to help exploit his patents in the field.Following such demonstrations, Japanese engineers developed a wide range of fuzzy systems for both industrial and consumer applications.In 1988 Japan established

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the Laboratory for International Fuzzy Engineering(LIFE), a cooperative arrangement between 48 companies to pursue fuzzy research.Matsushita vacuum cleaners use micro controllers running fuzzy algorithms to interrogate dust sensors and adjust suction power accordingly.Hitachi washing machines use fuzzy controllers to load-weight, fabric-mix, and dirt sensors and automatically set the wash cycle for the best use of power, water, and detergent.Canon developed an autofocusing camera that uses a charge-coupled device(CCD)to measure the clarity of the image in six regions of its field of view and use the information provided to determine if the image is in focus.It also tracks the rate of change of lens movement during focusing, and controls its speed to prevent overshoot.The camera's fuzzy control system uses 12 inputs: 6 to obtain the current clarity data provided by the CCD and 6 to measure the rate of change of lens movement.The output is the position of the lens.The fuzzy control system uses 13 rules and requires 1.1 kilobytes of memory.As another example of a practical system, an industrial air conditioner designed by Mitsubishi uses 25 heating rules and 25 cooling rules.A temperature sensor provides input, with control outputs fed to an inverter, a compressor valve, and a fan motor.Compared to the previous design, the fuzzy controller heats and cools five times faster, reduces power consumption by 24%, increases temperature stability by a factor of two, and uses fewer sensors.The enthusiasm of the Japanese for fuzzy logic is reflected in the wide range of other applications they have investigated or implemented: character and handwriting recognition;optical fuzzy systems;robots, voice-controlled robot helicopters Work on fuzzy systems is also proceeding in the US and Europe.The US Environmental Protection Agency has investigated fuzzy control for energy-efficient motors, and NASA has studied fuzzy control for automated space docking: simulations show that a fuzzy control system can greatly reduce fuel consumption.Firms such as Boeing, General Motors, Allen-Bradley, Chrysler, Eaton, and Whirlpool have worked on fuzzy logic for use in low-power refrigerators, improved automotive transmissions, and energy-efficient electric motors.In 1995 Maytag introduced an ”intelligent“ dishwasher based on a fuzzy controller and a ”one-stop sensing module“ that combines a thermistor, for temperature measurement;a conductivity sensor, to measure detergent level from the ions present in the wash;a turbidity sensor that measures scattered and transmitted light to measure the soiling of the wash;and a magnetostrictive sensor to read spin rate.The system determines the optimum wash cycle for any load to obtain the best results with the least amount of energy, detergent, and water.Research and development is also continuing on fuzzy applications in software, as opposed to firmware, design, including fuzzy expert systems and integration of fuzzy logic with neural-network and so-called adaptive ”genetic“ software systems, with the ultimate goal of building ”self-learning“ fuzzy control systems.黃石理工學院畢業設計（論文）外文文獻翻譯

Fuzzy sets

The input variables in a fuzzy control system are in general mapped into by sets of membership functions similar to this, known as ”fuzzy sets“.The process of converting a crisp input value to a fuzzy value is called ”fuzzification“.A control system may also have various types of switch, or ”ON-OFF“, inputs along with its analog inputs, and such switch inputs of course will always have a truth value equal to either 1 or 0, but the scheme can deal with them as simplified fuzzy functions that happen to be either one value or another.Given ”mappings“ of input variables into membership functions and truth values, the microcontroller then makes decisions for what action to take based on a set of ”rules“, each of the form.In one example, the two input variables are ”brake temperature“ and ”speed“ that have values defined as fuzzy sets.The output variable, ”brake pressure“, is also defined by a fuzzy set that can have values like ”static“, ”slightly increased“, ”slightly decreased“, and so on.This rule by itself is very puzzling since it looks like it could be used without bothering with fuzzy logic, but remember that the decision is based on a set of rules:

All the rules that apply are invoked, using the membership functions and truth values obtained from the inputs, to determine the result of the rule.This result in turn will be mapped into a membership function and truth value controlling the output variable.These results are combined to give a specific(”crisp“)answer, the actual brake pressure, a procedure known as ”defuzzification“.This combination of fuzzy operations and rule-based ”inference“ describes a ”fuzzy expert system“.Traditional control systems are based on mathematical models in which the control system is described using one or more differential equations that define the system response to its inputs.Such systems are often implemented as ”PID controllers“(proportional-integral-derivative controllers).They are the products of decades of development and theoretical analysis, and are highly effective.If PID and other traditional control systems are so well-developed, why bother with fuzzy control? It has some advantages.In many cases, the mathematical model of the control process may not exist, or may be too ”expensive“ in terms of computer processing power and memory, and a system based on empirical rules may be more effective.Furthermore, fuzzy logic is well suited to low-cost implementations based on cheap sensors, low-resolution analog-to-digital converters, and 4-bit or 8-bit one-chip microcontroller chips.Such systems can be easily upgraded by adding new rules to improve performance or add new features.In many cases, fuzzy control can be used to improve existing traditional controller systems by adding an extra layer of intelligence to the current control method.黃石理工學院畢業設計（論文）外文文獻翻譯

Fuzzy control in detail

Fuzzy controllers are very simple conceptually.They consist of an input stage, a processing stage, and an output stage.The input stage maps sensor or other inputs, such as switches, thumbwheels, and so on, to the appropriate membership functions and truth values.The processing stage invokes each appropriate rule and generates a result for each, then combines the results of the rules.Finally, the output stage converts the combined result back into a specific control output value.The most common shape of membership functions is triangular, although trapezoidal and bell curves are also used, but the shape is generally less important than the number of curves and their placement.From three to seven curves are generally appropriate to cover the required range of an input value, or the ”universe of discourse“ in fuzzy jargon.As discussed earlier, the processing stage is based on a collection of logic rules in the form of IF-THEN statements, where the IF part is called the ”antecedent“ and the THEN part is called the ”consequent“.This rule uses the truth value of the ”temperature“ input, which is some truth value of ”cold“, to generate a result in the fuzzy set for the ”heater“ output, which is some value of ”high“.This result is used with the results of other rules to finally generate the crisp composite output.Obviously, the greater the truth value of ”cold“, the higher the truth value of ”high“, though this does not necessarily mean that the output itself will be set to ”high“ since this is only one rule among many.In some cases, the membership functions can be modified by ”hedges“ that are equivalent to adjectives.Common hedges include ”about“, ”near“, ”close to“, ”approximately“, ”very“, ”slightly“, ”too“, ”extremely“, and ”somewhat“.These operations may have precise definitions, though the definitions can vary considerably between different implementations.”Very“, for one example, squares membership functions;since the membership values are always less than 1, this narrows the membership function.”Extremely“ cubes the values to give greater narrowing, while ”somewhat“ broadens the function by taking the square root.In practice, the fuzzy rule sets usually have several antecedents that are combined using fuzzy operators, such as AND, OR, and NOT, though again the definitions tend to vary: AND, in one popular definition, simply uses the minimum weight of all the antecedents, while OR uses the maximum value.There is also a NOT operator that subtracts a membership function from 1 to give the ”complementary“ function.There are several ways to define the result of a rule, but one of the most common and simplest is the ”max-min“ inference method, in which the output membership function is given the truth value generated by the premise.Rules can be solved in parallel in hardware, or sequentially in software.The results of all the rules that have fired are ”defuzzified“ to a crisp value by one of several methods.There are dozens in theory, each with various advantages and drawbacks.The ”centroid“ method is very popular, in which the ”center of mass“ of the result provides the crisp value.Another approach is the ”height“ method, which takes the value of the biggest contributor.The centroid method favors the rule with the output of

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greatest area, while the height method obviously favors the rule with the greatest output value.The diagram below demonstrates max-min inferring and centroid defuzzification for a system with input variables ”x“, ”y“, and ”z“ and an output variable ”n“.Note that ”mu“ is standard fuzzy-logic nomenclature for ”truth value“:

Fuzzy control system design is based on empirical methods, basically a methodical approach to trial-and-error.The general process is as follows:

1.Document the system's operational specifications and inputs and outputs.2.Document the fuzzy sets for the inputs.3.Document the rule set.4.Determine the defuzzification method.5.Run through test suite to validate system, adjust details as required.6.Complete document and release to production.Logical interpretation of fuzzy control In spite of the appearance there are several difficulties to give a rigorous logical interpretation of the IF-THEN rules.As an example, interpret a rule as IF(temperature is ”cold“)THEN(heater is ”high“)by the first order formula Cold(x)→High(y)and assume that r is an input such that Cold(r)is false.Then the formula Cold(r)→High(t)is true for any t and therefore any t gives a correct control given r.Obviously, if we consider systems of rules in which the class antecedent define a partition such a paradoxical phenomenon does not arise.In any case it is sometimes unsatisfactory to consider two variables x and y in a rule without some kind of functional dependence.A rigorous logical justification of fuzzy control is given in Hájek's book ,where fuzzy control is represented as a theory of Hájek's basic logic.Also in Gerla 2005 a logical approach to fuzzy control is proposed based on the following idea.Denote by f the fuzzy function associated with the fuzzy control system, i.e., given the input r, s(y)= f(r,y)is the fuzzy set of possible outputs.Then given a possible output 't', we interpret f(r,t)as the truth degree of the claim ”t is a good answer given r".More formally, any system of IF-THEN rules can be translate into a fuzzy program in such a way that the fuzzy function f is the interpretation of a vague predicate Good(x,y)in the associated least fuzzy Herbrand model.In such a way fuzzy control becomes a chapter of fuzzy logic programming.The learning process becomes a question belonging to inductive logic theory.

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