1、飛輪電池充放電控制系統的研究及應用    關鍵詞 飛輪電池; 充電; 放電; PI控制器; 模糊控制; 仿真; 英文關鍵詞 Flywheel battery; Charge; Discharge; PI controller; Fuzzy control; Simulation; 中文摘要 飛輪電池作為一種新概念蓄電池,具有高密度儲能、大功率輸出、充放電時間快、無污染、使用壽命又長等優點,在能源缺乏、環境污染越來越嚴重的今天,研究并開發出飛輪電池是有重要意義的。 本論文在查閱了許多國內外相關研究的基礎上,以電動車輛和不間斷電源(UPS)為應用背景,進行了

2、飛輪電池充放電控制系統的硬件電路和軟件的設計。選擇TMS320F2812作為系統控制器,通過應用矢量控制和直流升降壓斬波技術,采用電流、轉速雙閉環控制,結合多種保護措施和降低功耗方法,使得該系統具有工作安全可靠、功耗低等優點。 在選用永磁同步電機作為飛輪電機的基礎上,利用MATLAB建立了永磁同步電機控制系統的仿真模型,仿真結果驗證了模型的可行性。針對永磁同步電機具有非線性、強耦合性和時變性,以及系統運行時會受到不同程度的干擾,常規PID控制策略很難滿足高性能的控制要求,本文設計了一種基于模糊控制的參數自適應PID控制器,將其作為永磁同步電機電流和速度雙閉環矢量控制系統的轉速調節器,仿真實驗結

3、果證明了系統具有較好的動態性能和魯棒性。 英文摘要 As a new concept of flywheel battery,it has a high density, high power output, rapid charge and discharge time, no pollution, nature and long life advantages, with energy shortages, worsening pollution increasingly today, the research and development of the flywheel battery

4、  摘要 3-4 ABSTRACT 4-5 第一章 緒論 9-16     1.1 引言 9-10     1.2 飛輪電池國內外的發展概況 10-14         1.2.1 飛輪電池關鍵技術研究現狀 10-13         1.2.2 飛輪電池的發展機遇與展望 13-14     1.3 課題來源及主要內容 14-16 第二章 飛輪電池的原理及工

5、作模式分析 16-29     2.1 飛輪電池的組成及基本原理 16-17         2.1.1 飛輪電池的組成 16         2.1.2 飛輪電池工作的基本原理 16-17     2.2 飛輪電機的選擇 17-18         2.2.1 飛輪電機的要求 17-18    &

6、#160;    2.2.2 飛輪電機選用 18     2.3 永磁同步電機及數學模型 18-23         2.3.1 永磁同步電機的結構組成 18-19         2.3.2 坐標變換 19-21         2.3.3 永磁同步電機在d,q,0坐標系下的充電數學模型 21-22   &

7、#160;     2.3.4 飛輪電池放電的數學模型 22-23     2.4 永磁同步電機的控制策略 23-25         2.4.1 矢量控制原理 23-24         2.4.2 永磁同步電機矢量控制方法的選擇 24-25     2.5 飛輪電池工作模式分析 25-28      &#

8、160;  2.5.1 充電工作模式 25-27         2.5.2 放電工作模式 27-28         2.5.3 保持工作模式 28     2.6 本章小結 28-29 第三章 控制系統硬件設計 29-43     3.1 控制電路 29-31         3.1.1 控制器選擇 29-30 &

9、#160;       3.1.2 TMS320F2812簡介 30         3.1.3 控制器最小系統外設結構 30-31     3.2 主電路中功率開關器件的選擇 31-32         3.2.1 IGBT的內部特點 32     3.3 飛輪轉子的位置檢測 32-35     

10、    3.3.1 增量式光電編碼的結構與工作原理 33-34         3.3.2 飛輪角位移的檢測 34-35     3.4 飛輪速度的檢測 35     3.5 逆變器輸出電流和直流母線電流電壓測量模塊 35-38         3.5.1 LEM電流傳感器的工作原理 36-37       

11、  3.5.2 LEM傳感器的測量電路 37-38     3.6 保護電路 38-40         3.6.1 過電流保護 38         3.6.2 過電壓保護 38-39         3.6.3 過熱保護 39-40     3.7 系統低功耗設計的措施 40    

12、3.8 系統抗干擾設計 40-42         3.8.1 抗干擾設計的基本原則 41         3.8.2 硬件抗干擾技術的設計 41-42     3.9 本章小結 42-43 第四章 控制系統的軟件設計 43-51     4.1 軟件設計的方法 43-44     4.2 飛輪電池的軟件結構 44-50     

13、;    4.2.1 前臺中斷模塊描述 44-45         4.2.2 充電中斷XINT1模塊 45-46         4.2.3 空間矢量控制算法 46-48         4.2.4 放電中斷XINT2模塊 48-49         4.2.5 中斷XINT3模塊 49

14、-50     4.3 本章小結 50-51 第五章 飛輪電池控制系統建模與仿真 51-63     5.1 飛輪電池控制系統建模 51-53         5.1.1 永磁同步電機矢量控制系統框圖 51-52         5.1.2 永磁同步電機矢量控制調速系統的控制過程 52         5.1.3 永磁同步電機矢

15、量控制系統閉環控制方法的選擇 52-53     5.2 充電控制系統建模 53-58         5.2.1 永磁同步電機本體模塊 54         5.2.2 坐標變換模塊 54-56         5.2.3 電流和速度PI控制模塊 56         5.2.4 PWM

16、模塊 56-57         5.2.5 整個飛輪電池充電控制系統的仿真模型 57-58     5.3 充電控制系統仿真研究 58-60         5.3.1 仿真參數 58         5.3.2 仿真結果 58-60     5.4 放電控制系統建模 60-62     

17、;    5.4.1 整流電路 60         5.4.2 斬波器 60-62         5.4.3 放電控制系統的仿真模型 62         5.4.4 放電電路仿真結果 62     5.5 本章小結 62-63 第六章 飛輪電池充電過程的模糊自適應PID控制 63-74    

18、 6.1 模糊自適應PID控制原理 63-65         6.1.1 模糊控制簡介 63         6.1.2 模糊控制系統的組成 63-64         6.1.3 模糊控制原理 64-65     6.2 飛輪電池的模糊PID控制 65-66         6.2.1

19、 飛輪電池充電模糊PID控制原理 65         6.2.2 模糊自適應PI控制器 65-66     6.3 模糊自適應PI控制器的設計 66-68     6.4 模糊控制系統仿真及分析 68-73         6.4.1 模糊自適應PI控制器的仿真 69-70         6.4.2 控制系統仿真 70-71

20、         6.4.3 仿真結果 71-73     6.5 小結 73-74 第七章 總結和展望 74-76 參考文獻 76-79     5.5 本章小結 62-63 第六章 飛輪電池充電過程的模糊自適應PID控制 63-74     6.1 模糊自適應PID控制原理 63-65         6.1.1 模糊控制簡介 63   

21、60;     6.1.2 模糊控制系統的組成 63-64         6.1.3 模糊控制原理 64-65     6.2 飛輪電池的模糊PID控制 65-66         6.2.1 飛輪電池充電模糊PID控制原理 65         6.2.2 模糊自適應PI控制器 65-66   

22、  6.3 模糊自適應PI控制器的設計 66-68     6.4 模糊控制系統仿真及分析 68-73         6.4.1 模糊自適應PI控制器的仿真 69-70         6.4.2 控制系統仿真 70-71         6.4.3 仿真結果 71-73     6.5 小結 73-74 第七章 總

23、結和展望 74-76 參考文獻 76-79     5.5 本章小結 62-63 第六章 飛輪電池充電過程的模糊自適應PID控制 63-74     6.1 模糊自適應PID控制原理 63-65         6.1.1 模糊控制簡介 63         6.1.2 模糊控制系統的組成 63-64         6.1.3

24、 模糊控制原理 64-65     6.2 飛輪電池的模糊PID控制 65-66         6.2.1 飛輪電池充電模糊PID控制原理 65         6.2.2 模糊自適應PI控制器 65-66     6.3 模糊自適應PI控制器的設計 66-68     6.4 模糊控制系統仿真及分析 68-73     &#

25、160;   6.4.1 模糊自適應PI控制器的仿真 69-70         6.4.2 控制系統仿真 70-71         6.4.3 仿真結果 71-73     6.5 小結 73-74 第七章 總結和展望 74-76 參考文獻 76-79     5.5 本章小結 62-63 第六章 飛輪電池充電過程的模糊自適應PID控制 63-74   

26、  6.1 模糊自適應PID控制原理 63-65         6.1.1 模糊控制簡介 63         6.1.2 模糊控制系統的組成 63-64         6.1.3 模糊控制原理 64-65     6.2 飛輪電池的模糊PID控制 65-66        

27、 6.2.1 飛輪電池充電模糊PID控制原理 65         6.2.2 模糊自適應PI控制器 65-66     6.3 模糊自適應PI控制器的設計 66-68     6.4 模糊控制系統仿真及分析 68-73         6.4.1 模糊自適應PI控制器的仿真 69-70         6.4.2 控制系統仿真 70-71    &