【正文】 原理，利用MATLAB/Simulink軟件搭建了變頻調(diào)速系統(tǒng)模型，并對系統(tǒng)進行了仿真。而霍爾傳感器則是高速高精度型傳感器的代表，因此在今后的設計中，如果經(jīng)濟要求允許，可以用霍爾傳感器來代替。這可以成為我們將資源轉(zhuǎn)化成可再生能源的一種方法。充電控制器將此所需的電能從太陽能電池板傳至電池。我們正使用500W（48V，）直流無刷電動機用于此項應用。Tata BP40W 35W太陽能面板被用于這項工作。同樣，當輻照增加的時候，模塊電流急劇增加同時模塊電壓逐漸增加。根據(jù)需要，進行適當連接。電池用一個簡單的可控電壓源串聯(lián)一個電阻來作為模型，如圖4所示。另一方面，相同的電池能輸出42安培的電流持續(xù)1小時并且深度放電。從特性中很好看出驅(qū)動電機需要48V，同時單節(jié)電池額定電壓是12V。 升壓轉(zhuǎn)換器的硬件設計部分涉及了很多電容的選擇上的精準。因此需要大的電容器來限制輸出電壓波紋。這是一個永磁方波電機。圖10如圖11。 負載測試直接反映了車輛相對于向負載的速度。從列于表7中的以窗體頂端各種速度的觀測中，我們可以看到，作為電動機的速度被增加，也增加了從電池吸取的電流。可見一旦電池隨著時間放電，升壓轉(zhuǎn)換器的輸入電壓持續(xù)降低（根據(jù)表14）。汽車的后橋通過飛輪連接到電動機的驅(qū)動軸。從電動機額定功率，選擇能夠滿足啟動電流和滿載電流的電池，依據(jù)電池額定功率，選擇太陽能充電控制器和太陽能模塊。整個系統(tǒng)的設計依據(jù)于被使用的應用，從電動機到太陽能模塊選擇合適的器件。第6章 太陽能原型車 整個集成系統(tǒng)就可視為太陽能直流無刷電動機驅(qū)動汽車。第5章 系統(tǒng)集成 全部集成設備包括太陽能電池板，太陽能充電控制器，電池，升壓轉(zhuǎn)換器和直流無刷電動機。直流無刷電動機的與電子控制和需要轉(zhuǎn)子位置相適當?shù)碾娏鲹Q向信息。當電動機的速度開始減少時，當負載增加時。根據(jù)在封閉循環(huán)條件相同的條件下的經(jīng)營結(jié)果，其中參考速度設置為150弧度/秒，被施加在t=10秒。圖9是用于汽車的升壓電路設計。肖特基二極管經(jīng)常被使用。升壓轉(zhuǎn)換器電路如圖7. 24V輸入電壓提供給升壓電路，可以升高到48V。這一階段中研究電動機的細節(jié)并且仿真?？捎^察到依據(jù)負載，電池的放電變化。太陽能模塊和電池間的2個充電控制器是獨立連接的。表2中結(jié)果表示用2個或者更多太陽能模塊來增加電壓，他們必須串聯(lián)。溫度和光輻射對太陽能模塊有不利影響。一個電池的電壓是12V；我們必須尋找能夠獨立完成傳送12177。第二部分介紹使用的動力電池，電機的運行和控制，并同時為電池充電。因此，為了使它更加節(jié)能、高效，就應該使用電源轉(zhuǎn)換器和電池。 附錄A附錄B太陽能直流無刷電機驅(qū)動設計車輛摘要 任何無電源的設備都是一堆閑置的零件。3. 該系統(tǒng)對電流的采樣是通過小阻值大功率電阻采樣法，該方法雖然具有成本低、電路簡單、響應速度快等特點。3. 設計系統(tǒng)硬件電路，該系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)采用交—直—交電壓型逆變器拓撲結(jié)構(gòu)，主芯片選用TI公司的TMS320F2812，基于該控制芯片設計功率驅(qū)動電路、檢測保護電路。由異步電動機的轉(zhuǎn)速公式： 可知轉(zhuǎn)速與輸入頻率成正比，即實際與理論符合，并且速度穩(wěn)定，也證明了變頻調(diào)速的可行性。圖55 整流電路輸出電壓 變頻調(diào)速的仿真結(jié)果分析改變調(diào)制波的頻率，依次設定為F=20Hz,15Hz，10Hz，5Hz時調(diào)制波輸入正弦信號的周期發(fā)生改變，周期逐漸增大。根據(jù)輸入頻率的設定，每半個周期采樣5次左右，實驗最大頻率為40?；竟ぷ鞣绞健?80導電方式，即每個橋臂導電180，同一相上下兩橋臂交替導電，各相開始導電角度差120。本章通過仿真實驗，研究了異步電動機變頻調(diào)速系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)特性、動態(tài)特性以及系統(tǒng)參數(shù)變化等因素對系統(tǒng)性能的影響，更證明了系統(tǒng)仿真的必要性和重要性，為新的實驗設備的進一步開發(fā)和利用奠定了堅實的基礎。系統(tǒng)仿真通過設計出系統(tǒng)的可以計算的模型，并利用它在計算機上進行試驗以了解系統(tǒng)行為或評估系統(tǒng)運用的各種策略，并做定量分析。%，速度響應100Hz、電流響應800Hz和轉(zhuǎn)矩控制精度177。直接轉(zhuǎn)矩控制的特征是控制定子磁鏈，是直接在定子靜止坐標系下，以空間矢量概念，通過檢測到的定子電壓、電流，直接在定子坐標系下計算與控制電動機的磁鏈和轉(zhuǎn)矩，獲得轉(zhuǎn)矩的高動態(tài)性能。電壓矢量，才能有可能使轉(zhuǎn)矩和磁鏈的調(diào)節(jié)過程達到比較理想的狀態(tài)。對轉(zhuǎn)子速度估計的方法有很多，常用的有卡爾曼濾波器位置估計法、模型參考自適應法、磁鏈位置估計法、狀態(tài)觀測器位置估計法和檢測電機相電感變化法等。20 世紀80 年代中期。輸出就數(shù)據(jù)格式也為Q15，右移15位就得到實際的正弦函數(shù)值。開關矢量的作用時間分配圖如圖43所示。 一共有8種開關狀態(tài)，對應8種開關電壓矢量，如圖41所示，6個非零矢量將空間分成六個區(qū)域，另外兩個矢量為零矢量(111) 、 (000)。它將轉(zhuǎn)速放大器的輸出轉(zhuǎn)換成轉(zhuǎn)差頻率的電流指令，在各自的控制環(huán)節(jié)中變成變頻器頻率指令和異步電機定子端電壓指令。各類變頻器輸出一般為可變電壓、可變頻率的形式。2. 故障中斷服務程序故障中斷服務程序的功能是對系統(tǒng)運行情況進行檢測，當故障發(fā)生時進行診斷，并作出相應的處理措施。圖39 IGBT溫度檢測電路 母線電流和轉(zhuǎn)矩檢測電路一旦母線電流過高，就有可能造成IGBT的永久性損壞，所以過流檢測盒和快速保護電路是必須的。為蠻族系統(tǒng)要求，選用TI公司專為DSP供電而設計的電源芯片TPS73HD318，該芯片可以同時輸出兩路電壓，且輸出電壓可調(diào)。其內(nèi)部集成了相互獨立的3組半橋驅(qū)動電路，而且該芯片中的輸入控制邏輯電路還為同一橋臂的高端和低端提供了死區(qū)時間，以避免同一橋臂上的被驅(qū)動功率元件(IGBT)在開關轉(zhuǎn)換過度期間發(fā)生同時導通，同時導通時就相當于將+DC于DC連在了一起，就短路了。測量電阻選用精密電阻，根據(jù)需要的輸出電壓和公式確定阻值。電阻分壓法檢測精度低，電壓互感器則只能測交流量，雖然霍爾電壓傳感器價格較高但檢測性能非常好。光電耦合器因其良好的性能和抗干擾能力而被廣泛地應用于輸入和輸出信號的電氣隔離。5. 多達56個獨立可編程服用的通路I/O引腳(GPIO)。5. 調(diào)速效率調(diào)速效率是衡量調(diào)速系統(tǒng)經(jīng)濟性能的技術(shù)指標，它以調(diào)速系統(tǒng)的輸出功率與輸入功率之比進行標示，即 (32) 控制器的選型 TMS320F2812是美國得克薩斯州儀器公司(TI)最新推出的基于代碼兼容C28x內(nèi)核的新型高性能32位定點數(shù)字信號處理器，它專門為數(shù)字控制設計，可實現(xiàn)高性能DSP與高精度模擬及閃存的完美結(jié)合。變頻器的調(diào)速精度計算方法與傳統(tǒng)調(diào)速系統(tǒng)不同，計算式如下： (31)調(diào)速精度與調(diào)速系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)密切相關，一般而言，調(diào)速系統(tǒng)采用閉環(huán)控制后，調(diào)速精度可比開環(huán)控制提高10倍左右。圖27 異步電動機變頻調(diào)速機械特性 本章小結(jié)本章介紹了變頻器的常用拓撲結(jié)構(gòu)、分類，分析了他們各自的特定及應用場合。通用變頻器中與之間的函數(shù)關系有很多種，可以根據(jù)負載性質(zhì)和運行狀況加以選擇。如圖24所示。對異步電動機進行調(diào)速控制時，希望電動機的主磁通保持額定值不變。其直流電壓波形比較平直，理想狀態(tài)下電源內(nèi)阻為零，對負載而言是恒壓源，其拓撲結(jié)構(gòu)如圖23所示，其電壓無法迅速反向。控制方法可以采用模擬控制或數(shù)字控制。有規(guī)律的控制逆變器中主開關器件的通與斷，可以得到任意頻率的三相交流電輸出。交交變頻器可將工頻交流直接變換成頻率、電壓均可控的交流，又稱為直接式變頻器。國外由于技術(shù)起步早，并具有相當大的產(chǎn)業(yè)化規(guī)模，各大品牌的變頻器生產(chǎn)商，均形成了系列化產(chǎn)品，其控制系統(tǒng)也已經(jīng)實現(xiàn)全數(shù)字化。20世紀60年代以前，直流調(diào)速一直以控制能力強、可靠性高、噪聲低、控制電路簡單等一系列優(yōu)良的性能在傳動領域中占據(jù)著主導地位[4]。矢量控制的基本點是控制轉(zhuǎn)子磁鏈，以轉(zhuǎn)子磁通定向，然后分解定子電流，使之成為轉(zhuǎn)矩和磁場兩個分量，經(jīng)過坐標變換實現(xiàn)正交或解耦控制。對變頻器 V /f 控制系統(tǒng)的改造主要經(jīng)歷了三個階段[3]。本文針對工業(yè)中應用最多的異步電機變頻調(diào)速進行研究具有重大意義，主要體現(xiàn)在如下3個方面：。工業(yè)應用最廣的電機為交流電機，交流電機應用范圍之廣主要因為其擁有其他電機不可比擬的優(yōu)勢，其主要特點是價格低廉便于維修等。 Simulink。本文在總結(jié)國內(nèi)外研究成果的基礎上，以TI公司生產(chǎn)的TMS320F2812型DSP作為核心，設計了通用變頻器，并進行了恒壓頻比控制算法的設計。在對通用變頻器的幾種控制算法進行分析的基礎上，在MATLAB/Simulink軟真環(huán)境下，建立了通用變頻器的電路仿真模型。直流電動機雖然有調(diào)速性能好的優(yōu)越，但也有一些難于克服的缺點，主要是機械式換向器帶來的弊端。從上式可以看出電機轉(zhuǎn)速與供電頻率、電機磁極極對數(shù)和電機轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)差率有關，可以通過如下三種方法實現(xiàn)調(diào)節(jié)：改變供電頻率，變換電動機磁極極對數(shù)，此外還可以通過調(diào)整實際轉(zhuǎn)速與同步轉(zhuǎn)速差值與同步轉(zhuǎn)速比值即電機轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)差率。2. 引入頻率補償控制，以消除速度控制的穩(wěn)態(tài)誤差 。第三階段：直接轉(zhuǎn)矩控制。為尋求運行可靠、結(jié)構(gòu)簡單、價格低廉、便于為何等優(yōu)點的控制技術(shù)，20世界30年代開始，人們就致力于交流調(diào)速技術(shù)的研究。 論文的主要工作本文主要研究如下主要內(nèi)容：1. 闡述了變頻調(diào)速的基本原理。這種結(jié)構(gòu)主要包括整流環(huán)節(jié)、中間環(huán)節(jié)和逆變環(huán)節(jié)。因此，在中間直流環(huán)節(jié)和電動機之間總會有無功功率的交換。由于軟件的靈活性，數(shù)字控制方式常可以完成模擬控制方式難以完成的功能。而對于負載而言，電壓型變頻器相當于一個電壓源，電壓控制相應慢，可以同時帶多臺電機運行。由電機理論知道，三相異步電動機定子每相電動勢的有效值為 = (22)式中—定子每相由氣隙磁通感應的電動勢的方均根值(V)；—定子頻率(Hz)； —定子相繞組有效匝數(shù)； —每極磁通量(Wb)。這就是恒壓頻比控制方式，是近似的恒磁通控制。必然會使主磁通隨著的上升而減小，相當于直流電動機弱磁調(diào)速的情況，屬于近似的恒功率調(diào)速方式。變頻器的主要技術(shù)指標如下。4. 速度響應與頻率響應“速度響應”是衡量變頻器對指令的跟隨性能與靈敏度的重要指標。2. 片內(nèi)高達128K16位的Flash存儲器，1K16位的一次性編程存儲器(OTPROM)、M0和M1兩個1K16位的存儲器(SARAM)、L0和L1兩個4K16位的存儲器(SARAM)。其框圖如圖32所示。方案二：采用諸如霍爾器件等特殊傳感器,其線性度高，頻率響應速度快， 但其價格較貴。誤差在177。第一級是低通濾波；第二級是由LM358構(gòu)成的電壓跟隨器，起緩沖隔離作用；第三級是同相比例及電平上移電路，使輸出UACOUT在DSP模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊的電壓輸入范圍0～+3V之間。其具體控制電路如圖36驅(qū)動電路為單電源+15V供電，供電電壓經(jīng)超快回復二極管BYT54MV隔離后又分別作為其三路高端驅(qū)動輸出的供電電源。系統(tǒng)內(nèi)部必須有精準的檢測保護電路，比如電源監(jiān)控電路、IGBT溫度監(jiān)控電路、電機溫度監(jiān)控電路。功率驅(qū)動芯片IR2233J的電路檢測管腳ITRIP就是通過圖中的R4R43分壓而來的。故障中斷服務程序的功能是對系統(tǒng)運行情況進行檢測，當故障發(fā)生時進行診斷，并作出相應的處理措施。定子頻率控制是異步電機獲得平穩(wěn)調(diào)速的關鍵。其優(yōu)點是轉(zhuǎn)差頻率變化能反映負荷變化，能適應于系統(tǒng)急劇加速時及負載變化大的情況，大大提高了加速控制精度，但其機械特性同恒壓頻比控制方式一樣都是非線性的，因而產(chǎn)生的動態(tài)轉(zhuǎn)矩受到限制。不失一般性，假設Vref處于扇區(qū)Ⅲ，則Vref可以由V4和V6合成。在本論文中，是通過給定角度來確定空間電壓矢量的。它以異步電動機的轉(zhuǎn)矩直接作為被控制量，強調(diào)轉(zhuǎn)矩的直接控制效果，并不極力追求正弦波。它省去了復雜的矢量變換與電動機的數(shù)學模型簡化處理，沒有通常的PWM 信號發(fā)生器。采用簡單的ui 磁鏈模型，在中高速區(qū)，定子電阻的變化可以忽略不考慮，應用磁鏈的ui 磁鏈模型可以獲得令人滿意的效果；但在低速時定子電阻的變化將影響磁通發(fā)生畸變，使系統(tǒng)性能變差。死區(qū)效應積累的誤差使逆變器輸出電壓失真，于是又產(chǎn)生電流失真，加劇轉(zhuǎn)矩脈動和系統(tǒng)運行不穩(wěn)定等問題，在低頻低壓時，問題更嚴重，還會引起轉(zhuǎn)矩脈動。Depenbrock最初提出的直接自控制理論，主要在高壓、大功率且開關頻率較低的逆變器控制中廣泛應用。以上討論的控制方法的控制特性的技術(shù)指標見表41所示。據(jù)統(tǒng)計，在日本企業(yè)，用系統(tǒng)工程解決的事件管理與決策的問題中，有80%以上是通過系統(tǒng)仿真方法解決的。目前MATLAB產(chǎn)品的工具箱有40多個，分別涵蓋了數(shù)據(jù)獲得，計算科學、控制系統(tǒng)設計與分析、數(shù)字信號處理、數(shù)字圖像處理、金融財務分析以及生物遺傳工程等專業(yè)領域。橋臂5的電流相加可得到直流側(cè)電流的波形，每60脈動一次，直流電壓基本無脈動，因此逆變器從交流側(cè)向直流側(cè)傳送的公路是脈動的，這是電壓型逆變電路的一個特點。某一對二極管導通時，輸出電壓等于交流側(cè)線電壓中最大的一個，該線電壓既向電容供電，也向負載供電。如在波比N的公式所示