太阳能闸门启闭机驱动系统研究

【摘要】：闸门启闭机对水库排水蓄水有着重要作用,但其启停机运行一般需要电力驱动,这给闸门启闭机的使用带来了一定的限制,如对某些区域无电网,架设电力线路成本昂贵的情况,而太阳能资源丰富,具有无污染、无区域限制等优点。因此,如将太阳能作为闸门启闭机驱动能源,不仅可以解决闸门启闭机在无市电供应的情况下的供电问题,而且有利于扩大启闭机在水利方面的使用范围,提高水利资源的利用率。本文通过对太阳能闸门启闭机系统的功能要求和控制机理分析,在现有研究成果的基础上,对闸门启闭机驱动系统总体方案、中小型闸门启闭机参数要求、太阳能电池的输出功率影响因素、优化MPPT控制策略、无刷直流电机驱动控制策略等进行了系统研究。首先建立了太阳能电池输出特性数学模型,对各种传统最大功率点跟踪方法进行了分析,提出基于数据采集的变步长增量电导法,并进行仿真验证控制算法的可行性和有效性。然后选定具有功率密度大、效率高、调速性能和起动性能优良的永磁无刷直流电机作为太阳能闸门启闭机的驱动电机。为实现永磁无刷直流电机定子绕组正确换相,采用改进型线反电势过零检测技术。同时为解决功率器件产生高频干扰的问题,选用二阶有源滤波电路进行滤波处理。最后为验证无位置传感器控制算法控制效果,用数字信号处理器TMS320F2812作为电机驱动控制芯片,进行硬件电路设计,建立无刷直流电机驱动控制系统,实现电机速度、电流双闭环控制,实验表明:本文采用的线电势过零检测技术,使无刷直流电机具有良好的运行性能。 【关键词】：太阳能 驱动系统 启闭机 无刷直流电机
【学位授予单位】：湖北工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TV664
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-6
• 目录6-9
• 第1章 引言9-14
• 1.1 选题的背景及意义9
• 1.2 闸门启闭机的发展现状9-11
• 1.3 闸门启闭机驱动电机发展现状11-12
• 1.4 太阳能启闭机驱动系统与太阳能发电的概况12-13
• 1.5 本论文研究内容13-14
• 第2章 太阳能闸门启闭机驱动系统总体设计14-20
• 2.1 太阳能闸门启闭机驱动功能要求14-15
• 2.2 太阳能发电系统方案分析与技术参数确定15-18
• 2.3 太阳能闸门启闭机电机驱动系统技术结构确定18-19
• 2.4 本章小结19-20
• 第3章 太阳能发电系统工作原理及控制策略研究20-30
• 3.1 太阳能电池特性20-23
• 3.1.1 太阳能电池等效电路20-21
• 3.1.2 太阳能电池数学模型21-23
• 3.2 DC/DC升压电路23-24
• 3.3 MPPT控制策略24-28
• 3.3.1 恒压跟踪法(CVT)25-26
• 3.3.2 扰动观测法26
• 3.3.3 基于数据采集的变步长增量电导法26-28
• 3.4 蓄电池组28-29
• 3.5 本章小结29-30
• 第4章 永磁无刷直流电机控制系统设计30-41
• 4.1 直流无刷电机控制原理30-32
• 4.2 直流无刷电机控数学模型32-33
• 4.3 无位置传感器控制方法33-38
• 4.3.1 端电压检测法34-35
• 4.3.2 简化的线反电动势过零检测法35-38
• 4.4 无位置传感器无刷直流电机的启动38
• 4.5 PID的双闭环控制38-40
• 4.6 本章小结40-41
• 第5章 太阳能闸门启闭机驱动系统仿真试验与分析41-52
• 5.1 太阳能发电控制系统仿真41-45
• 5.1.1 太阳能电池仿真模型41-42
• 5.1.2 MPPT控制仿真模型42-43
• 5.1.3 光伏发电仿真结果及分析43-45
• 5.2 无刷直流电机控制系统仿真45-51
• 5.2.1 线反电势法位置检测模块46
• 5.2.2 逻辑换相模块46-47
• 5.2.3 PWM生成模块47-48
• 5.2.4 电流调节器参考电流值的选取48
• 5.2.5 逆变模块48-49
• 5.2.6 无刷电机驱动系统仿真结果及分析49-51
• 5.3 本章小结51-52
• 第6章 基于DSP2812 的太阳能闸门启闭机驱动系统设计与实现52-70
• 6.1 DSP2812 最小系统设计52-53
• 6.2 DC/DC变换电路53-54
• 6.3 蓄电池继电器驱动电路54-55
• 6.4 无刷直流电机控制硬件系统设计55-64
• 6.4.1 逆变电路设计56-57
• 6.4.2 功率驱动芯片的选取及驱动电路的设计57-59
• 6.4.3 光耦隔离电路59-60
• 6.4.4 电压检测电路60-62
• 6.4.5 电流检测电路62-63
• 6.4.6 串口通信电路63-64
• 6.5 永磁无刷直流电机驱动系统软件设计64-67
• 6.5.1 三段式启动程序66
• 6.5.2 双闭PI环控制程序66-67
• 6.6 实验平台搭建与结果分析67-69
• 6.7 本章小结69-70
• 第7章 结论与展望70-71
• 参考文献71-74
• 致谢74-75
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文目录75-76
• 硕士学位论文信息备案表76

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