太陽能飛機電機功率匹配器的研究

【摘要】：當前,太陽能飛機的發(fā)展規(guī)模越來越大,應用也越來越廣泛。大到軍事上的應用,小到航空模型都能看到太陽能飛機的身影。隨著能源危機的凸顯和環(huán)保意識的普及,太陽能的開發(fā)與利用引起了人類的極大重視。太陽能飛機采用太陽能電池板供電,在陽光充足的情況下,可以源源不斷的為電機提供動力。但太陽能飛機的發(fā)展還不夠成熟,所以設計一種高效的功率匹配系統(tǒng)是十分必要的。太陽能飛機的供電方式一般采用開環(huán)供電的方式,將太陽能電池板通過合理的連接和焊接再直接與電機相連。這種連接方式存在能源浪費、效率低的問題。本課題研究的就是將開環(huán)的供電方式發(fā)展成閉環(huán)的供電控制方式,主要針對電機轉(zhuǎn)速進行控制,能夠?qū)崿F(xiàn)電機轉(zhuǎn)速的自動調(diào)節(jié)。本文中首先分析了太陽能飛機的研究背景和意義,提出了太陽能功率匹配系統(tǒng)的必要性。太陽能飛機需要使無刷電機始終保持工作在最佳效率點上,即表現(xiàn)在當前光照強度下無刷電機保持最優(yōu)轉(zhuǎn)速。這就需要根據(jù)不同的光照強度來配置電子調(diào)速器的輸出PWM波的占空比來達到調(diào)速的目的,使無刷電機一直工作在不同光照強度下的最優(yōu)點上,確保太陽能飛機最長的飛行時間。因為太陽能電池板的輸出電壓恒定不變,所以本系統(tǒng)通過調(diào)節(jié)電路中電流大小實現(xiàn)功率匹配。本系統(tǒng)針對提前采集的數(shù)據(jù)進行MATLAB擬合,確立光照強度和電機轉(zhuǎn)速的的函數(shù)關系,完成數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和功率控制系統(tǒng)的硬件設計和軟件編程,對PID算法進行深入的研究,為系統(tǒng)的良好工作效果打下堅實的基礎。 【關鍵詞】：太陽能 功率控制器 PWM占空比 MATLAB擬合 PID算法
【學位授予單位】：河北科技大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：V272
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-8
• 第1章 緒論8-16
• 1.1 課題背景與研究意義8-9
• 1.1.1 問題的提出8-9
• 1.1.2 選題意義及應用前景9
• 1.2 國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀9-14
• 1.3 本課題研究的主要內(nèi)容14-16
• 1.3.1 對太陽能飛機整體的設計14
• 1.3.2 功率匹配器的設計14-16
• 第2章 太陽能飛機整體設計和數(shù)據(jù)采集16-28
• 2.1 太陽能飛機選型16
• 2.1.1 飛翼的特點16
• 2.1.2 太陽能飛翼無人機構型選取16
• 2.2 太陽能電池板鋪設16-20
• 2.2.1 太陽能電池板的介紹16-18
• 2.2.2 太陽能電池板的切割和連接18-20
• 2.3 飛行數(shù)據(jù)的采集和處理20-26
• 2.3.1 串行通信簡介20-21
• 2.3.2 數(shù)據(jù)采集21-25
• 2.3.3 數(shù)據(jù)記錄25-26
• 2.4 本章小結26-28
• 第3章 太陽能飛機功率匹配器的硬件設計28-41
• 3.1 功率匹配器的工作電路設計28-31
• 3.1.1 主控芯片選型28-29
• 3.1.2 單片機最小系統(tǒng)介紹29-30
• 3.1.3 電源電路設計30-31
• 3.2 傳感器及其工作電路31-35
• 3.2.1 光照傳感器31-33
• 3.2.2 轉(zhuǎn)速傳感器33-35
• 3.3 動力系統(tǒng)35-40
• 3.3.1 無刷直流盤式電機簡介和工作原理36-38
• 3.3.2 無刷直流電機控制技術38-40
• 3.4 本章小結40-41
• 第4章 太陽能飛機功率匹配器的軟件設計41-55
• 4.1 系統(tǒng)軟件原理41-42
• 4.2 MATLAB數(shù)據(jù)擬合42-44
• 4.2.1 MATLAB簡介42-43
• 4.2.2 多項式擬合43
• 4.2.3 最小二乘法擬合43-44
• 4.2.4 多項式插值44
• 4.3 系統(tǒng)算法介紹44-50
• 4.3.1 常規(guī)PID算法44-47
• 4.3.2 模糊PID算法47-50
• 4.4 遙控器信號采集系統(tǒng)50-52
• 4.5 軟件設計52-53
• 4.6 本章小結53-55
• 第5章 系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理55-61
• 5.1 數(shù)據(jù)擬合55-57
• 5.2 功率匹配器輸出結果57-59
• 5.2.1 系統(tǒng)算法設計57
• 5.2.2 PID參數(shù)整定57-59
• 5.3 本章小結59-61
• 結論61-63
• 附錄63-67
• 參考文獻67-71
• 攻讀碩士學位期間所發(fā)表的論文71-72
• 致謝72

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