【正文】 。從電動(dòng)機(jī)額定功率，選擇能夠滿足啟動(dòng)電流和滿載電流的電池，依據(jù)電池額定功率，選擇太陽(yáng)能充電控制器和太陽(yáng)能模塊。整個(gè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)依據(jù)于被使用的應(yīng)用，從電動(dòng)機(jī)到太陽(yáng)能模塊選擇合適的器件?？偨Y(jié) 提出了高效轉(zhuǎn)換能源的重要性，實(shí)施了在汽車上使用太陽(yáng)能的方案。電流從電池流到控制整個(gè)汽車系統(tǒng)的控制器。汽車的后橋通過(guò)飛輪連接到電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)軸。第6章 太陽(yáng)能原型車 整個(gè)集成系統(tǒng)就可視為太陽(yáng)能直流無(wú)刷電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)汽車。太陽(yáng)能模塊給電池充電，電池串聯(lián)得到24V，然后經(jīng)過(guò)升壓到48V達(dá)到直流無(wú)刷電動(dòng)機(jī)的電壓。放電額定功率依據(jù)負(fù)載?？梢娨坏╇姵仉S著時(shí)間放電，升壓轉(zhuǎn)換器的輸入電壓持續(xù)降低（根據(jù)表14）。第5章 系統(tǒng)集成 全部集成設(shè)備包括太陽(yáng)能電池板，太陽(yáng)能充電控制器，電池，升壓轉(zhuǎn)換器和直流無(wú)刷電動(dòng)機(jī)。這些模塊串聯(lián)或并聯(lián)連接時(shí)，無(wú)法提供足夠的電力來(lái)驅(qū)動(dòng)BLDC電機(jī)的48V/。在下一步驟中的工作，500瓦特的直流無(wú)刷電動(dòng)機(jī)使用電池（串聯(lián)連接，并且是被運(yùn)行由此供給24V）的輸出電壓同時(shí)被升壓到使用升壓轉(zhuǎn)換器48V，而電池一直所收取的太陽(yáng)能電池組件。從列于表7中的以窗體頂端各種速度的觀測(cè)中，我們可以看到，作為電動(dòng)機(jī)的速度被增加，也增加了從電池吸取的電流。直流無(wú)刷電動(dòng)機(jī)的與電子控制和需要轉(zhuǎn)子位置相適當(dāng)?shù)碾娏鲹Q向信息。轉(zhuǎn)子由通電的定子吸引而產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)。太陽(yáng)能電池模塊，電池，控制器和電動(dòng)機(jī)）是影響電機(jī)的速度，從而影響的車輛的速度的參數(shù)。 負(fù)載測(cè)試直接反映了車輛相對(duì)于向負(fù)載的速度。當(dāng)電動(dòng)機(jī)的速度開始減少時(shí)，當(dāng)負(fù)載增加時(shí)。在表6中觀察到一些直流無(wú)刷電動(dòng)機(jī)在各種負(fù)載條件下的狀況。直流無(wú)刷電動(dòng)機(jī)與直流發(fā)電機(jī)（，75V）一起工作以之星在開環(huán)的負(fù)載測(cè)試條件。圖10如圖11。根據(jù)在封閉循環(huán)條件相同的條件下的經(jīng)營(yíng)結(jié)果，其中參考速度設(shè)置為150弧度/秒，被施加在t=10秒。如在圖10和圖11中所示的仿真結(jié)果直流無(wú)刷電動(dòng)機(jī)的最初馬達(dá)到其額定速度和穩(wěn)定在t=4秒。該規(guī)范的直流無(wú)刷電機(jī)在表3中給出。這是一個(gè)永磁方波電機(jī)。圖9是用于汽車的升壓電路設(shè)計(jì)。升壓電路中，輸出電壓要大于輸入電壓。波紋電流在每個(gè)轉(zhuǎn)換循環(huán)給電容器充電。因此需要大的電容器來(lái)限制輸出電壓波紋。肖特基二極管經(jīng)常被使用。 升壓電路中的開關(guān)二極管必須恩能夠承受等于電路輸出電壓的反向電壓，并且能傳到峰值輸出電流。升壓轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換頻率為20KHz。 升壓轉(zhuǎn)換器的硬件設(shè)計(jì)部分涉及了很多電容的選擇上的精準(zhǔn)。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。 直流轉(zhuǎn)換器能夠作為開關(guān)模式的穩(wěn)壓器來(lái)轉(zhuǎn)換通常不受控制的直流電壓，為了控制直流輸出電壓。為了提高效率，2節(jié)電池串聯(lián)，提供24V電壓作為輸出電壓。從特性中很好看出驅(qū)動(dòng)電機(jī)需要48V，同時(shí)單節(jié)電池額定電壓是12V。這一階段中研究電動(dòng)機(jī)的細(xì)節(jié)并且仿真。圖6展示了第一階段的工作。 從太陽(yáng)獲得能量的第一階段完成。另一方面，相同的電池能輸出42安培的電流持續(xù)1小時(shí)并且深度放電。可觀察到依據(jù)負(fù)載，電池的放電變化?？煽仉妷涸从梅匠?來(lái)描述。開路電壓用基于電池實(shí)際充電狀態(tài)的非線性方程來(lái)計(jì)算。電池用一個(gè)簡(jiǎn)單的可控電壓源串聯(lián)一個(gè)電阻來(lái)作為模型，如圖4所示。太陽(yáng)能模塊和電池間的2個(gè)充電控制器是獨(dú)立連接的。對(duì)于12V/24V電池，12V/6A太陽(yáng)能充電控制器是理想的選擇。 充電控制器限制電池額定電流的增加或者降低。根據(jù)需要，進(jìn)行適當(dāng)連接。表2中結(jié)果表示用2個(gè)或者更多太陽(yáng)能模塊來(lái)增加電壓，他們必須串聯(lián)。使用這些值，繪制出圖像，這與仿真結(jié)果和實(shí)驗(yàn)結(jié)果非常匹配。 I代表電池電流， V電池電壓 Q電子電荷（） Kboltsmann常數(shù)（） T開爾文溫度 Io二極管的方向飽和電流 N二極管理想因數(shù)，介于1和2之間的值 太陽(yáng)能電池模塊在會(huì)再與電阻并聯(lián)的真實(shí)條件下測(cè)試（以太陽(yáng)能模塊為35W討論）。同樣，當(dāng)輻照增加的時(shí)候，模塊電流急劇增加同時(shí)模塊電壓逐漸增加。溫度和光輻射對(duì)太陽(yáng)能模塊有不利影響。起初，太陽(yáng)能電池在MATLAB中用M文件來(lái)仿真，用下面給出的電流電壓方程完成整個(gè)模塊（認(rèn)為太陽(yáng)能電池板40W）。一旦工作器件確定，相應(yīng)的模擬研究與硬件測(cè)試也完成。Tata BP40W 35W太陽(yáng)能面板被用于這項(xiàng)工作。一個(gè)電池的電壓是12V；我們必須尋找能夠獨(dú)立完成傳送12177。這里，使用2節(jié)Amaron Quanta 12v/42Ah電池串聯(lián)，之后提升到額定電壓（48V）。為了達(dá)到通過(guò)電池驅(qū)動(dòng)直流電動(dòng)機(jī)，我們需要串聯(lián)4節(jié)額定值為12V/42Ah的電池；這使得所期待設(shè)計(jì)的汽車成本提高。我們正使用500W（48V，）直流無(wú)刷電動(dòng)機(jī)用于此項(xiàng)應(yīng)用。第二部分介紹使用的動(dòng)力電池，電機(jī)的運(yùn)行和控制，并同時(shí)為電池充電。在工作中，它的組成部件（太陽(yáng)能電池板、充電控制器、電池、電源轉(zhuǎn)換器和BLDC馬達(dá)）的特征將會(huì)在實(shí)時(shí)環(huán)境中進(jìn)行研究并且用MATLAB/SIMULINK進(jìn)行逐一建模，并且完整對(duì)硬件集成的系統(tǒng)進(jìn)行測(cè)試，以滿足整個(gè)應(yīng)用程式的要求。此電壓對(duì)升壓電源轉(zhuǎn)換器的使用有所加強(qiáng)。充電控制器將此所需的電能從太陽(yáng)能電池板傳至電池。因此，為了使它更加節(jié)能、高效，就應(yīng)該使用電源轉(zhuǎn)換器和電池。第1章 引言此論文對(duì)太陽(yáng)能作為汽車動(dòng)力電源的使用用法進(jìn)行討論。選擇該應(yīng)用程序的合適的組件的方法就是對(duì)這些組件進(jìn)行研究并且模擬它們?cè)趯?shí)時(shí)環(huán)境不同的測(cè)試中的情況進(jìn)行研究。這可以成為我們將資源轉(zhuǎn)化成可再生能源的一種方法。 附錄A附錄B太陽(yáng)能直流無(wú)刷電機(jī)驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)車輛摘要 任何無(wú)電源的設(shè)備都是一堆閑置的零件。吳老師嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度、淵博的學(xué)識(shí)和經(jīng)驗(yàn)、正直的為人作風(fēng)，一絲不茍的工作作風(fēng)、誨人不倦的授業(yè)精神，將對(duì)我今后的學(xué)習(xí)、工作和生活產(chǎn)生巨大的影響，將始終激勵(lì)我在今后漫長(zhǎng)的人生道路上奮發(fā)圖強(qiáng)。從論文的選題一直到論文的完成，導(dǎo)師在編寫論文的各個(gè)階段都給予了認(rèn)真關(guān)注和悉心教誨并提出了許多具有啟發(fā)性的建議。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(shè)計(jì)中，如果經(jīng)濟(jì)要求允許，可以用霍爾傳感器來(lái)代替。3. 該系統(tǒng)對(duì)電流的采樣是通過(guò)小阻值大功率電阻采樣法，該方法雖然具有成本低、電路簡(jiǎn)單、響應(yīng)速度快等特點(diǎn)。為完成更為復(fù)雜的算法，可以在今后采用浮點(diǎn)庫(kù)或是直接使用TI公司已退出支持浮點(diǎn)運(yùn)算的TMS320F283x系統(tǒng)數(shù)字信號(hào)處理器。為今后開發(fā)出更高性能的變頻調(diào)速系統(tǒng)的奠定了良好的基礎(chǔ)。4. 根據(jù)異步電動(dòng)機(jī)的變頻調(diào)速原理，利用MATLAB/Simulink軟件搭建了變頻調(diào)速系統(tǒng)模型，并對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行了仿真。3. 設(shè)計(jì)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?fù)浣Y(jié)構(gòu)，主芯片選用TI公司的TMS320F2812，基于該控制芯片設(shè)計(jì)功率驅(qū)動(dòng)電路、檢測(cè)保護(hù)電路?？偨Y(jié)本論文在分析通用變頻器原理及應(yīng)用的基礎(chǔ)上，完成變頻調(diào)速系統(tǒng)的硬件和軟件設(shè)計(jì)，所做的具體工作如下：1．研究變頻調(diào)速技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀，并介紹國(guó)內(nèi)外的研究動(dòng)態(tài)及其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和控制技術(shù)。隨著輸入頻率的減小，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩也更快的趨于穩(wěn)定，趨于穩(wěn)定，頻率減小后，；同時(shí)幅值也有所增大，符合理論情況。理論上，電機(jī)就是在一定范圍內(nèi)，能自動(dòng)調(diào)節(jié)負(fù)載力矩（轉(zhuǎn)矩）轉(zhuǎn)速的關(guān)系。由異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速公式： 可知轉(zhuǎn)速與輸入頻率成正比，即實(shí)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。(a)20Hz時(shí)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速及轉(zhuǎn)矩輸出波形(b)15Hz時(shí)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速及轉(zhuǎn)矩輸出波形(c)10Hz時(shí)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速及轉(zhuǎn)矩輸出波形(d) 5Hz時(shí)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速及轉(zhuǎn)矩輸出波形 圖59 各頻率下電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速及轉(zhuǎn)矩1. 隨著輸入頻率的減小，電動(dòng)機(jī)相電流的頻率也隨著減小，如圖59，電動(dòng)機(jī)電流的周期逐漸增大，但幅值改變不大，響應(yīng)時(shí)間也越來(lái)越短，才趨于穩(wěn)定，隨著頻率減小。N在理論上是越大采樣越多，越精確。(a)20Hz時(shí)三相調(diào)制波波形(b)15Hz時(shí)三相調(diào)制波波形(c)10Hz時(shí)三相調(diào)制波波形(d)5Hz時(shí)三相調(diào)制波波形 圖56各頻率載波圖像如圖57所示，調(diào)制信號(hào)不變時(shí)，隨著載波輸入頻率逐漸減小，周期增大，占空比逐漸減小。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(shè)定為F=20Hz,15Hz，10Hz，5Hz時(shí)調(diào)制波輸入正弦信號(hào)的周期發(fā)生改變，周期逐漸增大。圖54 濾波電容由于整流部分保持不變，三相交流電相互作用，產(chǎn)生的線電壓越為380V, 如圖所示，而且響應(yīng)迅速，給定輸入電路為50Hz，濾波電容約在半個(gè)周期內(nèi)就趨于穩(wěn)定。當(dāng)沒(méi)有二極管導(dǎo)通時(shí)，由電容向負(fù)載放電，電容兩端電壓按指數(shù)規(guī)律下降。如圖53 調(diào)制波波形本文中，主要改變調(diào)制波波輸入頻率，不改變調(diào)制信號(hào)的采樣周期，通過(guò)信號(hào)波形的調(diào)制得到所期望的PWM波形。根據(jù)輸入頻率的設(shè)定，每半個(gè)周期采樣5次左右，實(shí)驗(yàn)最大頻率為40。調(diào)制波是用調(diào)制信號(hào)調(diào)制以后的非正弦波。載波：通過(guò)調(diào)制來(lái)強(qiáng)制它的默寫特征量隨某個(gè)信號(hào)的特征值或另一個(gè)震蕩的特征值而變化，通常是周期性的電震蕩波。每次換流都是在同一相上下兩個(gè)橋臂之間進(jìn)行，也稱之為縱向換流?；竟ぷ鞣绞健?80導(dǎo)電方式，即每個(gè)橋臂導(dǎo)電180，同一相上下兩橋臂交替導(dǎo)電，各相開始導(dǎo)電角度差120。 仿真電路設(shè)計(jì)仿真電路總圖設(shè)計(jì)如圖51所示。Simulink是基于MATLAB的框圖設(shè)計(jì)環(huán)境，它不僅可以用來(lái)對(duì)各種動(dòng)態(tài)系統(tǒng)進(jìn)行建模、分析和仿真，而且還提供了豐富的功能模塊以及不同的專業(yè)模塊集合。MATLAB不僅提供了基礎(chǔ)的數(shù)學(xué)運(yùn)算，還提供了一種交互式的高級(jí)編程語(yǔ)言—M語(yǔ)言，利用M語(yǔ)言可以通過(guò)編寫腳本或者函數(shù)文件實(shí)現(xiàn)用戶自己的算法，開發(fā)相應(yīng)的MATLAB專業(yè)工具箱函數(shù)供用戶直接使用。本章通過(guò)仿真實(shí)驗(yàn)，研究了異步電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)特性、動(dòng)態(tài)特性以及系統(tǒng)參數(shù)變化等因素對(duì)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(shí)驗(yàn)設(shè)備的進(jìn)一步開發(fā)和利用奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。對(duì)這些系統(tǒng)很難采用傳統(tǒng)方法建立數(shù)學(xué)模型，分析求解。在我國(guó)，目前也正在大力推廣和普及，并已在交通運(yùn)輸、軍事訓(xùn)練、地區(qū)發(fā)展規(guī)劃、工業(yè)過(guò)程設(shè)計(jì)、人口問(wèn)題研究等方面取得了豐碩的成果。雖然它才僅僅出現(xiàn)幾十年，卻在社會(huì)、經(jīng)濟(jì)、科學(xué)、軍事、教育和企業(yè)管理等各個(gè)領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。系統(tǒng)仿真通過(guò)設(shè)計(jì)出系統(tǒng)的可以計(jì)算的模型，并利用它在計(jì)算機(jī)上進(jìn)行試驗(yàn)以了解系統(tǒng)行為或評(píng)估系統(tǒng)運(yùn)用的各種策略，并做定量分析。第5章 通用變頻器建模及仿真分析 通用變頻器的建模 系統(tǒng)仿真的運(yùn)用考慮到生產(chǎn)生活中大量貴重元器件由于各種原因隨壞了，在研究交流電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速是，因此本文利用了“系統(tǒng)仿真”。表41 各控制策略比較恒壓頻比控制轉(zhuǎn)差率控制矢量控制直接控制動(dòng)態(tài)性能較差510r/s達(dá)1000r/s達(dá)1000r/s系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,成本低簡(jiǎn)單價(jià)格適中復(fù)雜，成本高負(fù)載成本高應(yīng)用范圍通用性好與電機(jī)特性有關(guān)與電機(jī)特性有關(guān)與電機(jī)特性有關(guān)調(diào)速精度隨負(fù)載大小而定精度較高，受速度檢測(cè)影響模擬:%數(shù)字:%模擬:%數(shù)字:% 本章小結(jié)本章主要對(duì)電機(jī)的幾種控制方法進(jìn)行了介紹，最后通過(guò)圖表比較出了幾種控制方法的不同差異。其他公司如日本三菱、日立、芬蘭VASON等最新的系列產(chǎn)品采取了類似無(wú)速度傳感器控制的設(shè)計(jì)，性能有了進(jìn)一步提高。%，速度響應(yīng)100Hz、電流響應(yīng)800Hz和轉(zhuǎn)矩控制精度177。%的速度控制精度。目前被應(yīng)用于通用變頻器的控制方法是一種改進(jìn)的、適合于高開關(guān)頻率逆變器的方法。需要說(shuō)明的是，直接轉(zhuǎn)矩控制的逆變器采用不同的開關(guān)器件，控制方法也有所不同。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(biāo)系下，以空間矢量概念，通過(guò)檢測(cè)到的定子電壓、電流，直接在定子坐標(biāo)系下計(jì)算與控制電動(dòng)機(jī)的磁鏈和轉(zhuǎn)矩，獲得轉(zhuǎn)矩的高動(dòng)態(tài)性能?？捎密浖?shí)現(xiàn)的方法，即計(jì)算出所有的失真電壓，根據(jù)電流方向制成補(bǔ)償電壓指令表，再用前向反饋的方式補(bǔ)償，這種新型方案還消除了零電壓箝位現(xiàn)象。死區(qū)效應(yīng)的校正，可由補(bǔ)償電路檢測(cè)并記錄死區(qū)時(shí)間，進(jìn)行補(bǔ)償。4. 死區(qū)效應(yīng)的解決為了避免上下橋臂同時(shí)導(dǎo)通造成直流側(cè)短路，有必要引入足夠大的互鎖延時(shí)，結(jié)果帶來(lái)了死區(qū)效應(yīng)。電壓矢量，才能有可能使轉(zhuǎn)矩和磁鏈的調(diào)節(jié)過(guò)程達(dá)到比較理想的狀態(tài)。3. 磁鏈和轉(zhuǎn)矩滯環(huán)的改進(jìn)傳統(tǒng)的直接轉(zhuǎn)矩控制一般對(duì)轉(zhuǎn)矩和磁鏈采用單滯環(huán)控制，根據(jù)滯環(huán)輸出的結(jié)果來(lái)確定電壓矢量。因此，如果能夠?qū)Χㄗ与娮柽M(jìn)行在線辨識(shí)，就可以從根本上消除定子電阻變化帶來(lái)的影響。2. 定子電阻變化的影響直接轉(zhuǎn)矩最核心的問(wèn)題之一是定子磁鏈觀測(cè)，而定子磁鏈的觀測(cè)要用到定子電阻。對(duì)轉(zhuǎn)子速度估計(jì)的方法有很多，常用的有卡爾曼濾波器位置估計(jì)法、模型參考自適應(yīng)法、磁鏈位置估計(jì)法、狀態(tài)觀測(cè)器位置估計(jì)法和檢測(cè)電機(jī)相