【正文】 正是老師的悉心指導(dǎo)才使得我能夠順利完成學(xué)業(yè)。李炳虎老師淵博的學(xué)識、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度、深厚的科研功底和敏銳的學(xué)術(shù)前瞻性對我學(xué)術(shù)研究影響很大；李炳虎老師對工作的敬業(yè)精神和忘我熱情，深深地影響著我，并將激勵(lì)我今后在工作上不斷進(jìn)取，以優(yōu)異的成績回報(bào)老師的培養(yǎng)。參考文獻(xiàn)[1] 20222022 中心，2022.[2]過學(xué)迅，張杰山，2022,(3):710.[3]王軍，2022, (1) : 7274.[4]丁躍澆，張萬奎。(3)采用 MGSOJ2YS45 作為功率開關(guān)器件，搭建了一個(gè)基于 DSP 控制復(fù)合儲能系統(tǒng)小型實(shí)驗(yàn)平臺，研制了集采樣電路、驅(qū)動(dòng)電路、多路隔離電源為一體的驅(qū)動(dòng)電路，仿真研究有效地驗(yàn)證了系統(tǒng)控制方案的有效性和可行性。(2)設(shè)計(jì)了三相交錯(cuò)結(jié)構(gòu)的雙向變換器，仿真結(jié)果顯示此類拓?fù)湟子趯?shí)現(xiàn)大功率，并且改善輸出電壓質(zhì)量。第五章 結(jié)論本文重點(diǎn)圍繞復(fù)合儲能系統(tǒng)結(jié)構(gòu)拓?fù)?，針對大功率?yīng)用的特點(diǎn)，通過大量的理論分析、仿真和實(shí)驗(yàn)的手段，深入研究了大功率雙向 DC/DC 變換器的拓?fù)?、PWM 控制技術(shù)、以及數(shù)字化控制技術(shù)的實(shí)現(xiàn)，主要研究成果可歸納總結(jié)如下: (1)對雙向 DC/DC 變換器實(shí)行雙閉環(huán)控制，并且為解決系統(tǒng)跟蹤與抗擾特性的矛盾，控制器應(yīng)用了變參數(shù)控制方法。集成芯片 UC5350 是一個(gè)高速 CAN 收發(fā)器，通信速率可達(dá) 1 Mbps。電路應(yīng)用非門芯片 74LVC04 作為電平轉(zhuǎn)換器，以實(shí)與 F2812 的信號連接。DSP 電源原理圖如圖 所示。驅(qū)動(dòng)電路原理圖如圖 所示。每一路驅(qū)動(dòng)需要工作電源+15V 和lOV，各路電源之間需要隔離。圖 IGBT 驅(qū)動(dòng)原理圖該驅(qū)動(dòng)電路最大可驅(qū)動(dòng) IGBT(300A/ 1200V 或 600A/600V)一只單管大功率IGBT 模塊。采用厚膜專用驅(qū)動(dòng)芯片 M57962，可按默認(rèn)值直接使用，也可根據(jù)需要調(diào)節(jié)死區(qū)時(shí)間、軟關(guān)斷的速度、故障后再次啟動(dòng)的時(shí)間。通過在電源和電感之間放置電流檢測電阻，可以避免地電平變化問題。這可能引起系統(tǒng)共模誤差，并在與需要相同地電平的其他系統(tǒng)連接時(shí)出現(xiàn)問題。圖 給出了電流檢測電路，圖 給出了電壓檢測電路。(4) IR2175 采用 PWM 數(shù)字信號輸出，并用自舉電源取代了專用輔助電源，從而有效減小了器件尺寸，減少了零件數(shù)目。(3) IR2175 無需設(shè)置光禍合器，確保了系統(tǒng)性能的持久穩(wěn)定，有助于提高系統(tǒng)可靠性。(2) IR2175 具有 過電流關(guān)斷信號輸出，可以直接與微處理器或數(shù)字信號處理器進(jìn)行連接。圖 互補(bǔ) DPWM 脈沖4. 5 硬件電路設(shè)計(jì)4. 5. 1 電壓電流檢測電路為了滿足系統(tǒng)輸出控制精度和電壓紋波要求，AD 采樣器的最小分辨率應(yīng)小于系統(tǒng)的允許電壓紋波，采用 IR2175 可以避免解決 AD 轉(zhuǎn)換器位數(shù)不高引起的誤差。當(dāng)故障報(bào)警時(shí)，POPINT 引腳被拉為低電平，DSP 內(nèi)部定時(shí)器立即停止工作，所有 PWM 輸出呈高阻態(tài)，同時(shí)產(chǎn)生停止保護(hù)信號，此時(shí)從寄存器中取出地址，恢復(fù)現(xiàn)場退出子程序，回到主程序。而后對捕獲的數(shù)字脈沖處理，計(jì)算占空比并將其轉(zhuǎn)換成等效電壓、電流值。圖 中斷服務(wù)子程序流程圖當(dāng)系統(tǒng)進(jìn)入中斷處理子程序后，將中斷的入口地址保存在寄存器中，進(jìn)行保存現(xiàn)場。DSP 系統(tǒng)的初始化主要完成 DSP 系統(tǒng)控制(包括系統(tǒng)時(shí)鐘，看門狗設(shè)置等)，事件管理器(EVA 和 EVB)初始化，I/O 端口的初始化，ADC 模塊初始化，CAN 模塊初始化以及寄存器、常量、變量定義及賦初值等工作。一旦中斷發(fā)生，DSP 自動(dòng)執(zhí)行中斷服務(wù)子程序，中斷處理子程序用來完成閉環(huán)給定值的計(jì)算、PI 控制、PWM 輸出。圖 主程序流程圖程序包括主程序和中斷處理程序兩個(gè)部分，主程序用來進(jìn)行變量的定義以及初始化。4. 4 軟件設(shè)計(jì) 電壓/電流檢測轉(zhuǎn)換電路檢測電感電流、鎳氫電池電壓、超級電容電壓轉(zhuǎn)化后輸出給 DSP，通過程序處理，經(jīng)數(shù)字 PI 調(diào)節(jié)器控制輸出一對互補(bǔ) PWM 脈沖和兩路單獨(dú) PWM 波形脈寬，從而控制變換器合理工作。 (5)因超級電容自身存在的自放電現(xiàn)象，有可能使超級電容電量過低，不能提供汽車啟動(dòng)所需功率，此時(shí)需要輔助電池給超級電容充電。 (3)車載電子系統(tǒng)由鎳氫電池單獨(dú)提供電，鎳氫電池在發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)進(jìn)行充電。 圖 能量流動(dòng)示意圖控制策略可以總結(jié)為以下幾條: (I)超級電容容量高于闡值時(shí)，超級電容通過變換器提供啟動(dòng)、正常行駛的動(dòng)力，發(fā)動(dòng)機(jī)不工作。充電時(shí)計(jì)算為: ，若電容的 5OC 小于規(guī)定的最小值，外界可對電容充電的最大功率為 ，若電容的 5OC 達(dá)到最大值，則不能再對其充電，充電功率為 0。 當(dāng)有放電需求時(shí)，若電容的 SOC 大于規(guī)定的最小值，電容可向外放電，根據(jù)電容充放電的計(jì)算公式(此處忽略漏電影響)電容的放電功率為: ,如果電容可達(dá)到的最大電流為小于理想峰值功率對應(yīng)電流，則電容最大放電功率為 ，如果電容可達(dá)到的最大電流為大于理想峰值功率對應(yīng)電流，則電容最大放電功率為理想峰值功率: :若電容的 5OC 小于規(guī)定的最小值，則電容不能對外放電，放電功率為 O。當(dāng)車輛制動(dòng)或下坡行駛時(shí)，電動(dòng)機(jī)作發(fā)電機(jī)模式，再生能量通過功率變換器為超級電容充電。為了使超級電容時(shí)刻都具有高功率輸出能力，在車輛輕載行駛條件下，或檢測超級電容電壓低于闡值時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)工作。由于采用電流模式控制，系統(tǒng)具有電壓和電流兩個(gè)閉環(huán)，可以分別對輸出電壓和輸出電流進(jìn)行精確的控制，因此通過適當(dāng)?shù)牟呗越M合改變閉環(huán)結(jié)構(gòu)和電壓/電流環(huán)參考給定信號 Use 和 ISet，可以方便地實(shí)現(xiàn)恒壓、恒流、恒功率等多種控制功能，有效地應(yīng)用于充放電的控制。系統(tǒng)具有快速電流限制能力，有效降低了開關(guān)元件、電感等關(guān)鍵元?dú)饧碾娏鳑_擊，保障系統(tǒng)安全工作。圖 電壓閉環(huán)等效結(jié)構(gòu)圖電壓調(diào)節(jié)器，VR 為 P1 壞節(jié)，傳遞函數(shù)為電壓開環(huán)傳遞函數(shù):電壓閉環(huán)傳遞函數(shù): 由于被控對象是一階慣性環(huán)節(jié)，閉環(huán)系統(tǒng)等效為二階模型，當(dāng) Kv，二 0 時(shí)電壓環(huán)的相角穩(wěn)定裕量接近 90 度，系統(tǒng)響應(yīng)快，電流跟蹤能力強(qiáng)。 圖 電流模式控制系統(tǒng)框圖電流調(diào)節(jié)器 CR 為 PI 環(huán)節(jié)，傳遞幽數(shù)為電流內(nèi)環(huán)的開環(huán)傳遞函數(shù)為:電流內(nèi)環(huán)的閉環(huán)傳遞函數(shù)為: 其中， 由于開環(huán)傳遞函數(shù)中有兩個(gè)零點(diǎn)，使幅頻特性展寬，開環(huán)截止頻率較大，使得電流閉環(huán)是一個(gè)快速的電流跟隨器，而且在穩(wěn)態(tài)時(shí)無差。4. 2 平均電流模式控制DC/DC 變換器以輸出電壓作為反饋信號構(gòu)成電壓環(huán)型控制系統(tǒng)，在電壓閉環(huán)的基礎(chǔ)上進(jìn)行狀態(tài)反饋校正，以輸入電感的電流為反饋量，構(gòu)成電流內(nèi)環(huán)。2)實(shí)時(shí)采樣:IR2175 輸出的 PWM 信號輸給 DSP 計(jì)數(shù)器，由微控制器時(shí)鐘將脈寬信號轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字碼，通過軟件程序計(jì)算占空比并將其轉(zhuǎn)換成等效電壓、電流值。 (3) DSP 的主要功能如下:1)產(chǎn)生 PWM 驅(qū)動(dòng)信號:用于對雙向變換電路中 IGBT 的驅(qū)動(dòng)。其中，TMS320F2812 片內(nèi)集成的 A/D 轉(zhuǎn)換電路、脈寬調(diào)制 PWM 生成電路、正交編碼脈沖(QEP )電路等外設(shè)模塊是專門為電機(jī)控制而設(shè)計(jì)的，其優(yōu)異的處理器性能及豐富的外設(shè)功能使它非常適合本系統(tǒng)控制核心的重任。6)支持%個(gè)外設(shè)中斷擴(kuò)展，當(dāng)前僅使用了 45 個(gè)。增強(qiáng)型控制器局域網(wǎng)絡(luò)(eCAN)模塊:兩個(gè)串行通信接口(SCIs)。5) 3 個(gè) 32 位的 CPU 定時(shí)器。可編程的 PWM 死區(qū)控制以防止上下橋臂同時(shí)輸出觸發(fā)脈沖。它們能夠?qū)崿F(xiàn):PWM 的對稱和非對稱波形?？蓴U(kuò)展的外部存儲器達(dá) 1M 字。硬件乘法器可以完成 32 位 x32 位的二進(jìn)制補(bǔ)碼乘法運(yùn)算，獲得 64 位的乘積。 (2) TMS320F2812 功能模塊 TMS320F2812 是目前國際上最先進(jìn)、功能最強(qiáng)大的 32 位定點(diǎn) DSP 芯片，既具有數(shù)字信號處理能力，也具有強(qiáng)大的事件管理能力。盡管如此，可以預(yù)見未來控制領(lǐng)域的主導(dǎo) DSP 芯片非 F2812 莫屬，目前其國內(nèi)價(jià)格也下降為一百多元。其在外設(shè)模塊以及 CPU 性能上比前兩個(gè)系列的芯片都有了很多的改進(jìn)和提高，而且 C/C++編譯效率很高，用戶不再局限于繁瑣的匯編程序。圖 數(shù)字控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理圖 (1) DSP 芯片介紹在全數(shù)字化電機(jī)控制系統(tǒng)中，高性能控制芯片是至關(guān)重要的，現(xiàn)代電機(jī)控制中應(yīng)用的復(fù)雜的控制算法和豐富控制功能的實(shí)現(xiàn)都依賴于一個(gè)強(qiáng)大的微處理器，目前，采用 DSP 實(shí)現(xiàn)高性能的電機(jī)控制己經(jīng)是業(yè)界的主流。第四章 系統(tǒng)的數(shù)字化控制4. 1 數(shù)字控制系統(tǒng)原理 數(shù)字控制技術(shù)能降低控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)，提高系統(tǒng)的可靠性，隨著微處理器價(jià)格的降低和技術(shù)的成熟，數(shù)字控制技術(shù)必將是大功率、高性能、智能化功率變換器研究領(lǐng)域的發(fā)展方向 f381。采用多相 PWM 技術(shù)可以減少電流紋波，改善電路波形。選擇多相結(jié)構(gòu)作為大功率 DC/DC 變換器的拓?fù)渚哂忻黠@優(yōu)勢，此類轉(zhuǎn)換器優(yōu)點(diǎn)是低的穩(wěn)態(tài)開關(guān)損耗，減少電感量，降低總的輸出電流紋波，易于實(shí)現(xiàn)大功率。a)輸出電壓波形 b)輸入電流波形C)輸出電流波形圖 輸出電壓、電流和輸入電流仿真曲線由圖 , 可得，電感電流脈動(dòng)量為 480A，三相交錯(cuò)結(jié)構(gòu)總電流脈動(dòng)量為 150A。圖 為輸入輸出的仿真曲線，其中圖 為輸出電壓波形，圖 為輸入電流波形，圖 為輸出電流波形。圖 為節(jié)點(diǎn) X1 電壓410波形。得到的穩(wěn)態(tài)仿真曲線見圖 、圖 和