飞轮电池充放电控制系统的研究及应用

1、飞轮电池充放电控制系统的研究及应用    关键词 飞轮电池; 充电; 放电; PI控制器; 模糊控制; 仿真; 英文关键词 Flywheel battery; Charge; Discharge; PI controller; Fuzzy control; Simulation; 中文摘要 飞轮电池作为一种新概念蓄电池,具有高密度储能、大功率输出、充放电时间快、无污染、使用寿命又长等优点,在能源缺乏、环境污染越来越严重的今天,研究并开发出飞轮电池是有重要意义的。 本论文在查阅了许多国内外相关研究的基础上,以电动车辆和不间断电源(UPS)为应用背景,进行了

2、飞轮电池充放电控制系统的硬件电路和软件的设计。选择TMS320F2812作为系统控制器,通过应用矢量控制和直流升降压斩波技术,采用电流、转速双闭环控制,结合多种保护措施和降低功耗方法,使得该系统具有工作安全可靠、功耗低等优点。 在选用永磁同步电机作为飞轮电机的基础上,利用MATLAB建立了永磁同步电机控制系统的仿真模型,仿真结果验证了模型的可行性。针对永磁同步电机具有非线性、强耦合性和时变性,以及系统运行时会受到不同程度的干扰,常规PID控制策略很难满足高性能的控制要求,本文设计了一种基于模糊控制的参数自适应PID控制器,将其作为永磁同步电机电流和速度双闭环矢量控制系统的转速调节器,仿真实验结

3、果证明了系统具有较好的动态性能和鲁棒性。 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 绪论 9-16     1.1 引言 9-10     1.2 飞轮电池国内外的发展概况 10-14         1.2.1 飞轮电池关键技术研究现状 10-13         1.2.2 飞轮电池的发展机遇与展望 13-14     1.3 课题来源及主要内容 14-16 第二章 飞轮电池的原理及工

5、作模式分析 16-29     2.1 飞轮电池的组成及基本原理 16-17         2.1.1 飞轮电池的组成 16         2.1.2 飞轮电池工作的基本原理 16-17     2.2 飞轮电机的选择 17-18         2.2.1 飞轮电机的要求 17-18    &

6、#160;    2.2.2 飞轮电机选用 18     2.3 永磁同步电机及数学模型 18-23         2.3.1 永磁同步电机的结构组成 18-19         2.3.2 坐标变换 19-21         2.3.3 永磁同步电机在d,q,0坐标系下的充电数学模型 21-22   &

7、#160;     2.3.4 飞轮电池放电的数学模型 22-23     2.4 永磁同步电机的控制策略 23-25         2.4.1 矢量控制原理 23-24         2.4.2 永磁同步电机矢量控制方法的选择 24-25     2.5 飞轮电池工作模式分析 25-28      &#

8、160;  2.5.1 充电工作模式 25-27         2.5.2 放电工作模式 27-28         2.5.3 保持工作模式 28     2.6 本章小结 28-29 第三章 控制系统硬件设计 29-43     3.1 控制电路 29-31         3.1.1 控制器选择 29-30 &

9、#160;       3.1.2 TMS320F2812简介 30         3.1.3 控制器最小系统外设结构 30-31     3.2 主电路中功率开关器件的选择 31-32         3.2.1 IGBT的内部特点 32     3.3 飞轮转子的位置检测 32-35     

10、    3.3.1 增量式光电编码的结构与工作原理 33-34         3.3.2 飞轮角位移的检测 34-35     3.4 飞轮速度的检测 35     3.5 逆变器输出电流和直流母线电流电压测量模块 35-38         3.5.1 LEM电流传感器的工作原理 36-37       

11、  3.5.2 LEM传感器的测量电路 37-38     3.6 保护电路 38-40         3.6.1 过电流保护 38         3.6.2 过电压保护 38-39         3.6.3 过热保护 39-40     3.7 系统低功耗设计的措施 40    

12、3.8 系统抗干扰设计 40-42         3.8.1 抗干扰设计的基本原则 41         3.8.2 硬件抗干扰技术的设计 41-42     3.9 本章小结 42-43 第四章 控制系统的软件设计 43-51     4.1 软件设计的方法 43-44     4.2 飞轮电池的软件结构 44-50     

13、;    4.2.1 前台中断模块描述 44-45         4.2.2 充电中断XINT1模块 45-46         4.2.3 空间矢量控制算法 46-48         4.2.4 放电中断XINT2模块 48-49         4.2.5 中断XINT3模块 49

14、-50     4.3 本章小结 50-51 第五章 飞轮电池控制系统建模与仿真 51-63     5.1 飞轮电池控制系统建模 51-53         5.1.1 永磁同步电机矢量控制系统框图 51-52         5.1.2 永磁同步电机矢量控制调速系统的控制过程 52         5.1.3 永磁同步电机矢

15、量控制系统闭环控制方法的选择 52-53     5.2 充电控制系统建模 53-58         5.2.1 永磁同步电机本体模块 54         5.2.2 坐标变换模块 54-56         5.2.3 电流和速度PI控制模块 56         5.2.4 PWM

16、模块 56-57         5.2.5 整个飞轮电池充电控制系统的仿真模型 57-58     5.3 充电控制系统仿真研究 58-60         5.3.1 仿真参数 58         5.3.2 仿真结果 58-60     5.4 放电控制系统建模 60-62     

17、;    5.4.1 整流电路 60         5.4.2 斩波器 60-62         5.4.3 放电控制系统的仿真模型 62         5.4.4 放电电路仿真结果 62     5.5 本章小结 62-63 第六章 飞轮电池充电过程的模糊自适应PID控制 63-74    

18、 6.1 模糊自适应PID控制原理 63-65         6.1.1 模糊控制简介 63         6.1.2 模糊控制系统的组成 63-64         6.1.3 模糊控制原理 64-65     6.2 飞轮电池的模糊PID控制 65-66         6.2.1

19、 飞轮电池充电模糊PID控制原理 65         6.2.2 模糊自适应PI控制器 65-66     6.3 模糊自适应PI控制器的设计 66-68     6.4 模糊控制系统仿真及分析 68-73         6.4.1 模糊自适应PI控制器的仿真 69-70         6.4.2 控制系统仿真 70-71

20、         6.4.3 仿真结果 71-73     6.5 小结 73-74 第七章 总结和展望 74-76 参考文献 76-79     5.5 本章小结 62-63 第六章 飞轮电池充电过程的模糊自适应PID控制 63-74     6.1 模糊自适应PID控制原理 63-65         6.1.1 模糊控制简介 63   

21、60;     6.1.2 模糊控制系统的组成 63-64         6.1.3 模糊控制原理 64-65     6.2 飞轮电池的模糊PID控制 65-66         6.2.1 飞轮电池充电模糊PID控制原理 65         6.2.2 模糊自适应PI控制器 65-66   

22、  6.3 模糊自适应PI控制器的设计 66-68     6.4 模糊控制系统仿真及分析 68-73         6.4.1 模糊自适应PI控制器的仿真 69-70         6.4.2 控制系统仿真 70-71         6.4.3 仿真结果 71-73     6.5 小结 73-74 第七章 总

23、结和展望 74-76 参考文献 76-79     5.5 本章小结 62-63 第六章 飞轮电池充电过程的模糊自适应PID控制 63-74     6.1 模糊自适应PID控制原理 63-65         6.1.1 模糊控制简介 63         6.1.2 模糊控制系统的组成 63-64         6.1.3

24、 模糊控制原理 64-65     6.2 飞轮电池的模糊PID控制 65-66         6.2.1 飞轮电池充电模糊PID控制原理 65         6.2.2 模糊自适应PI控制器 65-66     6.3 模糊自适应PI控制器的设计 66-68     6.4 模糊控制系统仿真及分析 68-73     &#

25、160;   6.4.1 模糊自适应PI控制器的仿真 69-70         6.4.2 控制系统仿真 70-71         6.4.3 仿真结果 71-73     6.5 小结 73-74 第七章 总结和展望 74-76 参考文献 76-79     5.5 本章小结 62-63 第六章 飞轮电池充电过程的模糊自适应PID控制 63-74   

26、  6.1 模糊自适应PID控制原理 63-65         6.1.1 模糊控制简介 63         6.1.2 模糊控制系统的组成 63-64         6.1.3 模糊控制原理 64-65     6.2 飞轮电池的模糊PID控制 65-66        

27、 6.2.1 飞轮电池充电模糊PID控制原理 65         6.2.2 模糊自适应PI控制器 65-66     6.3 模糊自适应PI控制器的设计 66-68     6.4 模糊控制系统仿真及分析 68-73         6.4.1 模糊自适应PI控制器的仿真 69-70         6.4.2 控制系统仿真 70-71    &