太阳能飞机电机功率匹配器的研究

【摘要】：当前,太阳能飞机的发展规模越来越大,应用也越来越广泛。大到军事上的应用,小到航空模型都能看到太阳能飞机的身影。随着能源危机的凸显和环保意识的普及,太阳能的开发与利用引起了人类的极大重视。太阳能飞机采用太阳能电池板供电,在阳光充足的情况下,可以源源不断的为电机提供动力。但太阳能飞机的发展还不够成熟,所以设计一种高效的功率匹配系统是十分必要的。太阳能飞机的供电方式一般采用开环供电的方式,将太阳能电池板通过合理的连接和焊接再直接与电机相连。这种连接方式存在能源浪费、效率低的问题。本课题研究的就是将开环的供电方式发展成闭环的供电控制方式,主要针对电机转速进行控制,能够实现电机转速的自动调节。本文中首先分析了太阳能飞机的研究背景和意义,提出了太阳能功率匹配系统的必要性。太阳能飞机需要使无刷电机始终保持工作在最佳效率点上,即表现在当前光照强度下无刷电机保持最优转速。这就需要根据不同的光照强度来配置电子调速器的输出PWM波的占空比来达到调速的目的,使无刷电机一直工作在不同光照强度下的最优点上,确保太阳能飞机最长的飞行时间。因为太阳能电池板的输出电压恒定不变,所以本系统通过调节电路中电流大小实现功率匹配。本系统针对提前采集的数据进行MATLAB拟合,确立光照强度和电机转速的的函数关系,完成数据采集系统和功率控制系统的硬件设计和软件编程,对PID算法进行深入的研究,为系统的良好工作效果打下坚实的基础。 【关键词】：太阳能 功率控制器 PWM占空比 MATLAB拟合 PID算法
【学位授予单位】：河北科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：V272
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-8
• 第1章 绪论8-16
• 1.1 课题背景与研究意义8-9
• 1.1.1 问题的提出8-9
• 1.1.2 选题意义及应用前景9
• 1.2 国内外发展现状9-14
• 1.3 本课题研究的主要内容14-16
• 1.3.1 对太阳能飞机整体的设计14
• 1.3.2 功率匹配器的设计14-16
• 第2章 太阳能飞机整体设计和数据采集16-28
• 2.1 太阳能飞机选型16
• 2.1.1 飞翼的特点16
• 2.1.2 太阳能飞翼无人机构型选取16
• 2.2 太阳能电池板铺设16-20
• 2.2.1 太阳能电池板的介绍16-18
• 2.2.2 太阳能电池板的切割和连接18-20
• 2.3 飞行数据的采集和处理20-26
• 2.3.1 串行通信简介20-21
• 2.3.2 数据采集21-25
• 2.3.3 数据记录25-26
• 2.4 本章小结26-28
• 第3章 太阳能飞机功率匹配器的硬件设计28-41
• 3.1 功率匹配器的工作电路设计28-31
• 3.1.1 主控芯片选型28-29
• 3.1.2 单片机最小系统介绍29-30
• 3.1.3 电源电路设计30-31
• 3.2 传感器及其工作电路31-35
• 3.2.1 光照传感器31-33
• 3.2.2 转速传感器33-35
• 3.3 动力系统35-40
• 3.3.1 无刷直流盘式电机简介和工作原理36-38
• 3.3.2 无刷直流电机控制技术38-40
• 3.4 本章小结40-41
• 第4章 太阳能飞机功率匹配器的软件设计41-55
• 4.1 系统软件原理41-42
• 4.2 MATLAB数据拟合42-44
• 4.2.1 MATLAB简介42-43
• 4.2.2 多项式拟合43
• 4.2.3 最小二乘法拟合43-44
• 4.2.4 多项式插值44
• 4.3 系统算法介绍44-50
• 4.3.1 常规PID算法44-47
• 4.3.2 模糊PID算法47-50
• 4.4 遥控器信号采集系统50-52
• 4.5 软件设计52-53
• 4.6 本章小结53-55
• 第5章 系统数据处理55-61
• 5.1 数据拟合55-57
• 5.2 功率匹配器输出结果57-59
• 5.2.1 系统算法设计57
• 5.2.2 PID参数整定57-59
• 5.3 本章小结59-61
• 结论61-63
• 附录63-67
• 参考文献67-71
• 攻读硕士学位期间所发表的论文71-72
• 致谢72

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