基于ARM平臺的光伏水泵控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

【摘要】：課題研究與設(shè)計(jì)了基于ARM平臺的光伏水泵控制系統(tǒng)，其主要目的是為了解決國內(nèi)外偏遠(yuǎn)地區(qū)、用水用電困難地區(qū)的人畜飲水、生活用水問題，以及推動(dòng)基于自動(dòng)灌溉技術(shù)環(huán)保智能農(nóng)業(yè)的發(fā)展。不僅僅要求完成基本的提水功能，還要在效率、可靠性，穩(wěn)定性、通用性以及供電模式管理等性能方面作進(jìn)一步提高，并且控制器必須從系統(tǒng)層面做出通盤考慮，以保證系統(tǒng)的基本功能與高性能指標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。同時(shí)本項(xiàng)目開發(fā)的系統(tǒng)直接面向的是國內(nèi)外市場，所以在成本方面也有嚴(yán)格要求。 在詳細(xì)分析了客戶對功能、性能的需求后，本文在深入研究了光伏水泵系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和直流無刷電機(jī)工作原理的基礎(chǔ)上，完成了本課題的硬件電路和系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)，同時(shí)還完成了光伏水泵控制系統(tǒng)的樣機(jī)制作，并搭建了光伏水泵系統(tǒng)的測試平臺。論文對系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程中所涉及的關(guān)鍵技術(shù)問題及相關(guān)理論，進(jìn)行了詳細(xì)的理論分析和MATLAB仿真。 其主要內(nèi)容有： 1.分析了光伏水泵的系統(tǒng)構(gòu)成，設(shè)計(jì)出以STM32F103XX為控制核心、三相橋式逆變主電路為基礎(chǔ)的光伏水泵控制器的整體架構(gòu)。 2.通過對直流無刷電機(jī)工作原理的綜合分析，掌握了本課題設(shè)計(jì)的兩大關(guān)鍵技術(shù)問題：電機(jī)的定位啟動(dòng)技術(shù)；電機(jī)轉(zhuǎn)子的位置檢測技術(shù)。 3.分析比較了直流無刷電機(jī)啟動(dòng)的多種啟動(dòng)控制方案，對外同步三段式電機(jī)啟動(dòng)方法做了相應(yīng)的改進(jìn)，通過實(shí)際的運(yùn)行試驗(yàn)，獲得良好運(yùn)行的效果。 4.重點(diǎn)分析了無位置傳感器直流無刷電機(jī)的內(nèi)轉(zhuǎn)子位置檢測方法，對基于反電動(dòng)勢虛擬中性點(diǎn)檢測方法，做了詳細(xì)的理論推導(dǎo)和證明，給出了該方法的Matlab仿真模型，得到了預(yù)期的仿真效果。 5.分析了本系統(tǒng)的多種供電方式，提出了智能選擇的實(shí)現(xiàn)方案，獲得了良好的測試效果。 6.比較了鉛酸蓄電池充電管理的眾多方案，對五段式充電管理方法作了詳細(xì)介紹，實(shí)踐測試效果良好。 【關(guān)鍵詞】：光伏水泵系統(tǒng) 直流無刷電機(jī) STM32F103XX 反電動(dòng)勢 充電管理
【學(xué)位授予單位】：電子科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2013
【分類號】：TP273
【目錄】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-12
• 第一章 緒論12-18
• 1.1 光伏水泵技術(shù)的應(yīng)用概況12-15
• 1.1.1 光伏技術(shù)在國內(nèi)外發(fā)展概況13-14
• 1.1.2 直流無刷電機(jī)技術(shù)的研究與發(fā)展趨勢14-15
• 1.2 本課題的研究內(nèi)容與目的15-16
• 1.3 全文結(jié)構(gòu)16-18
• 第二章 光伏水泵的系統(tǒng)組成與工作原理18-27
• 2.1 光伏水泵的系統(tǒng)組成18-20
• 2.2 內(nèi)轉(zhuǎn)子直流無刷電機(jī)的工作原理20-25
• 2.2.1 磁極在磁場中受力分析20-21
• 2.2.2 三相兩極無刷電機(jī)的構(gòu)造及轉(zhuǎn)矩理論分析21-25
• 2.3 光伏水泵系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)25-26
• 2.4 本章小結(jié)26-27
• 第三章 直流無刷電機(jī)控制策略和轉(zhuǎn)子定位啟動(dòng)方法研究27-39
• 3.1 直流無刷電機(jī)換相控制策略研究27-32
• 3.1.1 直流無刷電機(jī)換相控制電路27-29
• 3.1.2 直流無刷電機(jī)超前換相和滯后換相的對比分析29-32
• 3.2 MPPT 控制策略研究32-34
• 3.3 直流無刷電機(jī)轉(zhuǎn)子定位啟動(dòng)實(shí)現(xiàn)方案比較分析34-38
• 3.3.1 預(yù)定位兩段式啟動(dòng)法34-35
• 3.3.2 外同步三段式啟動(dòng)方法35-36
• 3.3.3 升頻升壓式啟動(dòng)方法36
• 3.3.4 短時(shí)檢測脈沖轉(zhuǎn)子的方法36-37
• 3.3.5 改進(jìn)型的三段式啟動(dòng)方法37-38
• 3.4 本章小結(jié)38-39
• 第四章 無位置傳感器直流無刷電機(jī)轉(zhuǎn)子位置檢測方法研究39-53
• 4.1 位置檢測實(shí)現(xiàn)方案的比較分析39-43
• 4.1.1 磁阻檢測方法39
• 4.1.2 端電壓位置檢測法39-40
• 4.1.3 MOS 管內(nèi)部續(xù)流二極管導(dǎo)通法40-41
• 4.1.4 卡爾曼狀態(tài)觀察法41
• 4.1.5 反電動(dòng)勢虛擬中性點(diǎn)法41-43
• 4.2 反電動(dòng)勢的虛擬中性點(diǎn)檢測法理論推導(dǎo)證明43-45
• 4.3 基于 Matlab/Simulink 直流無刷電機(jī)控制系統(tǒng)各仿真模塊的簡介45-49
• 4.3.1 直流無刷電機(jī)模塊45-46
• 4.3.2 NMOS 主電路模塊46-47
• 4.3.3 反電動(dòng)勢模塊47
• 4.3.4 反電動(dòng)勢控制模塊47-49
• 4.4 基于反電動(dòng)勢的虛擬中性點(diǎn)檢測法理論仿真實(shí)踐49-52
• 4.5 本章小結(jié)52-53
• 第五章 光伏水泵系統(tǒng)供電管理53-64
• 5.1 系統(tǒng)供電管理整體結(jié)構(gòu)框圖53-57
• 5.2 蓄電池充電管理策略研究57-61
• 5.2.1 直接充電法57-58
• 5.2.2 恒定電壓法58-59
• 5.2.3 恒定電流法59
• 5.2.4 恒定電壓控制電流法59-60
• 5.2.5 兩階段、三階段法60
• 5.2.6 均衡充電法60-61
• 5.3 五段式充電管理的實(shí)現(xiàn)61-63
• 5.4 本章小結(jié)63-64
• 第六章 光伏水泵控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)64-74
• 6.1 系統(tǒng)主程序模塊64-65
• 6.2 電機(jī)定位啟動(dòng)模塊65-66
• 6.3 AD 采樣模塊66-67
• 6.4 MPPT 模塊67-68
• 6.5 蓄電池管理模塊68-69
• 6.6 異常監(jiān)測與處理模塊69-73
• 6.7 本章小結(jié)73-74
• 第七章 系統(tǒng)調(diào)試74-83
• 7.1 樣機(jī)調(diào)試波形與總結(jié)75-78
• 7.1.1 改進(jìn)型三段式啟動(dòng)波形75
• 7.1.2 電機(jī)啟動(dòng)模型 D-F 曲線圖75-76
• 7.1.3 虛擬中性點(diǎn)法的反電動(dòng)勢實(shí)際波形76-78
• 7.2 MPPT 電壓電流采樣數(shù)據(jù)校正78-79
• 7.3 現(xiàn)場整機(jī)測試79-82
• 7.3.1 蓄電池供電測試結(jié)果79-80
• 7.3.2 光伏測試結(jié)果80-81
• 7.3.3 整機(jī)測試中碰到的問題81-82
• 7.4 本章小結(jié)82-83
• 第八章 全文總結(jié)及工作展望83-85
• 致謝85-86
• 參考文獻(xiàn)86-89
• 攻碩期間取得的研究成果89-90

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一種改進(jìn)的鉛酸蓄電池充電器    張順法;呂征宇;

太陽跟蹤方法及應(yīng)用    鄭小年,黃巧燕

基于轉(zhuǎn)速觀察反饋實(shí)現(xiàn)MPPT的光伏水泵系統(tǒng)    鮑勝華,蘇建徽,茆美琴

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永磁無刷直流電機(jī)無位置傳感器估計(jì)方法綜述    董富紅,沈艷霞,紀(jì)志成

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基于DSP技術(shù)的永磁無刷直流電機(jī)控制系統(tǒng)研究    趙文華

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基于MATLAB的智能控制系統(tǒng)仿真研究    智立甫

“反電勢法”無刷直流電機(jī)控制系統(tǒng)研究    王永

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基于DSP的無刷直流電機(jī)控制系統(tǒng)研究與設(shè)計(jì)    吳雪梅

智能化低壓大電流開關(guān)電源的研制    王玉琴

基于DSP控制的PWM型開關(guān)電源的研究與開發(fā)    崔德友

磁編碼器在直流無刷電機(jī)換相與控制中的應(yīng)用    葉平;孫漢旭;賈慶軒;張曉東;

直流無刷電機(jī)系統(tǒng)的建模與仿真    晁盛遠(yuǎn);王凱;劉富勇;

基于XC164CM的一種直流無刷電機(jī)控制新方法    江亮;畢強(qiáng);羊彥;韓星;

直流無刷電機(jī)換向轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)抑制研究    王正仕;張朝立;陳輝明;

基于單神經(jīng)元PID控制的直流無刷電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的建模與仿真    肖莎;譚曉軍;劉海強(qiáng);

直流無刷電機(jī)的建模與仿真    陳歡;

基于PIC16F876的電動(dòng)自行車控制器設(shè)計(jì)    柳岸;

基于DSC的直流無刷電機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)    董華;尤一鳴;王洪濤;

直流無刷電機(jī)系統(tǒng)建模與故障檢測研究    劉丹;趙吉文;王國偉;

基于DSP的直流無刷電機(jī)控制器的研究    許宇翔;

一種基于直流無刷電機(jī)控制的工位型個(gè)體化動(dòng)態(tài)送風(fēng)裝置的研發(fā)與應(yīng)用研究    華金晶;歐陽沁;朱穎心;李卉;

基于ADMC401實(shí)現(xiàn)直流無刷電機(jī)的卡爾曼濾波控制    周建琦;

基于TMS320F28335的直流無刷電機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)    劉翔宇;王海濤;張澤;

雙閉環(huán)測控技術(shù)在微型醫(yī)用手術(shù)鉆中的應(yīng)用    馮雪;郭慶;劉寶山;陳尚松;

直流無刷電機(jī)在自動(dòng)絡(luò)筒機(jī)上的應(yīng)用    房愛軍;嚴(yán)紅霞;

開關(guān)電容變換器在直流無刷電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路中的應(yīng)用    陳淵睿;姚月鋒;鞏興華;

單片機(jī)ATtiny25在直流無刷風(fēng)扇上的應(yīng)用    杭和平;龔自霞;霍罡;宋娟;

輸入加權(quán)預(yù)測控制器在直流無刷電機(jī)中的應(yīng)用    孫明瑋;陳增強(qiáng);袁著祉;

基于單片機(jī)的直流無刷電機(jī)高壓控制系統(tǒng)    李曉軍;

神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)BP算法的改進(jìn)及應(yīng)用    左旭坤;李國麗;姜衛(wèi)東;

防止直流無刷電機(jī)瘋轉(zhuǎn)的方法    張達(dá) 編譯

新型光伏水泵備受關(guān)注    李豐洲

直流無刷電機(jī)在自動(dòng)絡(luò)筒機(jī)上的應(yīng)用    東飛馬佐里紡機(jī)有限公司 房愛軍 嚴(yán)紅霞

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