風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)

北京理工大學(xué)珠海學(xué)院2010屆本科生畢業(yè)論文圖3-55V電壓產(chǎn)生電路3.3.35V電壓產(chǎn)生電路圖3-6為數(shù)字3.3V電壓產(chǎn)生電路，該電路由兩個(gè)直流模塊組成，先使用IB2405LS/D-2W將24V電壓變?yōu)?V電壓，再利用芯片LM3940將5V電壓變?yōu)?.3V電壓。LM3940使用時(shí)輸入和輸出側(cè)必須要有濾波電容，否則無(wú)法正常工作。該電路主要向控制板的DSP及其外圍電路和驅(qū)動(dòng)芯片輸入端進(jìn)行供電。圖3-6數(shù)字3.3V電壓產(chǎn)生電路圖3-7是產(chǎn)生3.3V模擬電源的電路，利用小磁珠將數(shù)字3.3V和模擬3.3V、數(shù)字地和模擬地進(jìn)行隔離，得到干凈的模擬電源，作為運(yùn)放輸入的參考電壓使用。圖中DS為電源指示燈，R55為限流電阻，當(dāng)系統(tǒng)上電后，DS發(fā)光表明供電模塊正常。圖3-7模擬3.3V電壓產(chǎn)生電路3.4檢測(cè)模塊3.4.1電壓檢測(cè)電路電壓檢測(cè)電路如圖3-8所示，該系統(tǒng)直接利用電阻分壓進(jìn)行電壓檢測(cè)。分壓電阻根據(jù)端電壓的最大值大進(jìn)行選取，當(dāng)端電壓為最大值時(shí)，使分壓結(jié)果為3.3V即可。C為濾波電容，濾除高頻噪聲。D1、D2為限壓保護(hù)二極管，當(dāng)檢測(cè)電壓低于0V時(shí)，下管D2導(dǎo)通，將輸出電壓U牽制在0V，而當(dāng)檢測(cè)電壓高于3.3V時(shí)，上管D1導(dǎo)通，從而將輸出電壓U牽制在了3.3V，所以輸出電壓U只在0V到3.3V之間，不會(huì)對(duì)DSP產(chǎn)生損壞。3.4.2電流檢測(cè)電路電流檢測(cè)電路如圖3-9所示，利用一個(gè)采樣電阻進(jìn)行電流檢測(cè)。Ra為50m?采樣電阻，最大可通過(guò)5A電流，C為濾波電容。由于采樣電阻很小，所以需要進(jìn)行進(jìn)一步的處理才能輸入到DSP，圖3-10為電流檢測(cè)信號(hào)放大調(diào)理電路。該電路共有兩級(jí)運(yùn)放，由于所檢測(cè)的蓄電池電流有正負(fù)之分，所以運(yùn)放利用正負(fù)電源進(jìn)行供電。電路選用雙運(yùn)放芯片OP284，該芯片具有供電電壓范圍寬，增益穩(wěn)定，溫漂小，帶寬大，噪聲小等特點(diǎn)，完全可以滿足電路設(shè)計(jì)需要。圖3-8電壓檢測(cè)電路圖3-9電流檢測(cè)電路圖3-10電流檢測(cè)信號(hào)放大調(diào)理電路電路第一級(jí)為信號(hào)放大環(huán)節(jié)，設(shè)其增益為A1，輸入為V1in，輸出為V1out，則有：(3-1)該環(huán)節(jié)放大電路將采樣電阻檢測(cè)得到的微小電壓信號(hào)，放大為-3.3V~+3.3V的電壓信號(hào)。由于DSP的輸入只能是0V~3.3V的電壓信號(hào)，所以需要偏置環(huán)節(jié)將前級(jí)放大信號(hào)調(diào)整到合適的范圍，調(diào)理環(huán)節(jié)實(shí)際上就是給前級(jí)輸出加一個(gè)直流偏置，將-3.3V~+3.3V的電壓信號(hào)變換為0V~3.3V的電壓信號(hào)。調(diào)理環(huán)節(jié)的輸入為V1out，設(shè)其輸出為V2in，則有：(3-2)第二級(jí)運(yùn)放為電壓跟隨電路，設(shè)其輸出為V2out，則有：(3-3)該環(huán)節(jié)將調(diào)整好的電壓信號(hào)直接輸出，起緩沖穩(wěn)壓作用。最后的環(huán)節(jié)是對(duì)信號(hào)進(jìn)行濾波與保護(hù)，該環(huán)節(jié)的作用和電壓檢測(cè)電路中介紹的作用相同。3.5驅(qū)動(dòng)模塊由于DSP發(fā)出的PWM信號(hào)不能直接驅(qū)動(dòng)IGBT工作，IGBT工作時(shí)需要+15V的開(kāi)柵電壓和低于0V的關(guān)柵電壓，所以本文選用惠普公司專用驅(qū)動(dòng)芯片HCPL3120。它是一種專門(mén)用于驅(qū)動(dòng)IGBT的光耦隔離式集成驅(qū)動(dòng)芯片，最高開(kāi)關(guān)頻率可達(dá)2MHz，輸出驅(qū)動(dòng)電壓變化范圍大，它可以驅(qū)動(dòng)1200V/100A的IGBT。圖3-11是該芯片的功能框圖和真值表。當(dāng)光耦導(dǎo)通時(shí)，如果所加電壓VCC–VEE大于13.5V，芯片輸出高電平VO=VCC–VEE，驅(qū)動(dòng)IGBT開(kāi)通；當(dāng)光耦關(guān)斷時(shí)，芯片輸出低電平使IGBT關(guān)斷。圖3-11HCPL3120的功能框圖和真值表圖3-12驅(qū)動(dòng)電路原理圖圖3-12為驅(qū)動(dòng)電路的原理圖，將芯片中內(nèi)部發(fā)光二極管的正端接3.3V高電平，負(fù)端接控制信號(hào)GA_A，當(dāng)GA_A為低電平時(shí)，內(nèi)部光耦導(dǎo)通，輸出高電平驅(qū)動(dòng)IGBT開(kāi)通，當(dāng)GA_A為高電平，內(nèi)部光耦關(guān)斷，輸出低電平使IGBT關(guān)斷。R10為內(nèi)部二極管的限流電阻，C21為電源濾波電容，該電容必須有，不然芯片可能無(wú)法正常工作。C26、R20、D9是為了確保IGBT可靠關(guān)斷，R25用來(lái)限制柵極du/dt不至過(guò)大，DZ5用來(lái)穩(wěn)定驅(qū)動(dòng)輸出電壓，使之保持在0～15V之間。4風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)4.1軟件實(shí)現(xiàn)功能軟件實(shí)現(xiàn)以Freescale公司DSP56F8013為控制核心，分別控制太陽(yáng)能電池輸出模擬裝置的全橋變換器，直流電機(jī)電樞電流控制的橋式整流電路和蓄電池充電電路中的交錯(cuò)并聯(lián)DC/DC變換器。4.1.1模擬太陽(yáng)能電池輸出裝置軟件主要實(shí)現(xiàn)功能●對(duì)采樣檢測(cè)到的模擬信號(hào)進(jìn)行AD轉(zhuǎn)換；●對(duì)AD轉(zhuǎn)換后的采樣信號(hào)進(jìn)行軟件低通濾波，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行軟件保護(hù)；●根據(jù)檢測(cè)信號(hào)得到相應(yīng)的控制策略和控制量；●產(chǎn)生4路PWM脈沖信號(hào)，控制主電路中四只IGBT開(kāi)關(guān)管的開(kāi)通和關(guān)斷。4.1.2直流電機(jī)電樞電流控制軟件主要實(shí)現(xiàn)功能●對(duì)采樣檢測(cè)到的模擬信號(hào)進(jìn)行AD轉(zhuǎn)換；●對(duì)AD轉(zhuǎn)換后的采樣信號(hào)進(jìn)行軟件低通濾波，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行軟件保護(hù)；●使用外部中斷計(jì)算脈沖編碼器的脈沖數(shù)，進(jìn)而計(jì)算直流電機(jī)轉(zhuǎn)速；●根據(jù)檢測(cè)信號(hào)得到相應(yīng)的控制策略和控制量；●產(chǎn)生4路PWM脈沖信號(hào)，控制主電路中四只IGBT開(kāi)關(guān)管的開(kāi)通和關(guān)斷。4.1.3蓄電池充電電路軟件主要實(shí)現(xiàn)功能●對(duì)采樣檢測(cè)到的模擬信號(hào)進(jìn)行AD轉(zhuǎn)換；●對(duì)AD轉(zhuǎn)換后的采樣信號(hào)進(jìn)行軟件低通濾波，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行軟件保護(hù)；●根據(jù)檢測(cè)信號(hào)得到相應(yīng)的控制策略和控制量；●產(chǎn)生4路PWM脈沖信號(hào)，控制主電路中四只IGBT開(kāi)關(guān)管的開(kāi)通和關(guān)斷。4.2軟件設(shè)計(jì)工具本系統(tǒng)主要使用的軟件為Motorola公司DSP的軟件開(kāi)發(fā)調(diào)試工具CodeWarrior和其嵌入式PE(ProcessorExpert)軟件包。[17]對(duì)于DSP56800系列產(chǎn)品，飛思卡爾提供了兩個(gè)有力的軟件開(kāi)發(fā)工具。一個(gè)是CodeWarrior集成開(kāi)發(fā)環(huán)境，是一種可靠的用于交叉匯編，交叉C編譯、鏈接和調(diào)試的開(kāi)發(fā)工具；另外一個(gè)是軟件開(kāi)發(fā)工具PE(ProcessorExpert)軟件包它提供了各種外設(shè)模塊的驅(qū)動(dòng)程序和接口。4.2.1軟件開(kāi)發(fā)環(huán)境CodeWarrior概述CodeWarrior集成開(kāi)發(fā)環(huán)境包含了一個(gè)可視化的工程創(chuàng)建和管理系統(tǒng)，對(duì)源代碼文件和庫(kù)進(jìn)行全面的管理，降低了工程的復(fù)雜性。它帶有一個(gè)代碼編輯器，采用了習(xí)慣的拼寫(xiě)風(fēng)格，是建立和修改源代碼的理想工具。它還帶有一個(gè)C源碼級(jí)的調(diào)試器，提供基于WINDOWS的代碼調(diào)試功能，可視化地顯示復(fù)雜的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和表達(dá)式的內(nèi)容，大大加快了系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的速度，提高了工作效率?？傊?，CodeWarriorIDE允許設(shè)計(jì)人員可視化地進(jìn)行代碼編輯、鏈接、調(diào)試和內(nèi)核仿真等多種操作。4.2.2PE(ProcessorExpert)概述PE(ProcessorExpert)是CodewarriorIDE中集成的軟件包，內(nèi)置自動(dòng)代碼生成工具；并且具有數(shù)據(jù)可視化和帶模板的項(xiàng)目管理工具，可以根據(jù)用戶的要求選擇需要的外設(shè)模塊，利用圖形化的用戶接口，對(duì)選定的模塊進(jìn)行設(shè)置，自動(dòng)創(chuàng)建初始化代碼，并按照要求生成一些功能代碼。能夠顯著縮短開(kāi)發(fā)時(shí)間、提高代碼質(zhì)量。使用該軟件開(kāi)發(fā)應(yīng)用系統(tǒng)，可極大減少用戶的工作量，大大提高系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)效率。利用PE可以花較少的時(shí)間了解所應(yīng)用的DSP，就可以通過(guò)嵌入式豆將所需的功能進(jìn)行配置，并完成驅(qū)動(dòng)程序的生成，所以用戶就可以快速建立一個(gè)初步的應(yīng)用軟件進(jìn)行測(cè)試和改進(jìn)，使用戶專心開(kāi)發(fā)用戶系統(tǒng)特有的程序而不必拘泥于芯片的細(xì)節(jié)設(shè)置。由于ProcessorExpert具有上述特性，因此對(duì)于它的操作就非常簡(jiǎn)單便捷。一切操作都是圍繞每一個(gè)EmbeddedBean的“特性”、“方法”和“事件”這三種屬性產(chǎn)生的。下面就結(jié)合ProcessorExpert的界面來(lái)介紹對(duì)它的操作[18]。4.3程序?qū)崿F(xiàn)方法及流程圖4.3.1模擬太陽(yáng)能電池輸出流程圖模擬太陽(yáng)能電池輸出時(shí)，在主函數(shù)進(jìn)行了各模塊的初始化，在ADC中斷中實(shí)現(xiàn)了AD轉(zhuǎn)換與濾波,在PWM重載中斷中實(shí)現(xiàn)PI控制與PWM給定，在定時(shí)器中斷中判斷電路有無(wú)過(guò)流，有過(guò)流則關(guān)閉PWM輸出。圖4-1模擬太陽(yáng)能電池輸出流程圖其中ADC與PWM同步轉(zhuǎn)換。其實(shí)現(xiàn)為每次PWM中斷開(kāi)啟使能AD轉(zhuǎn)換中斷，進(jìn)入AD中斷之后AD轉(zhuǎn)換濾波完畢后關(guān)閉ADC，等待下一次進(jìn)入PWM重載中斷在此開(kāi)啟AD后才進(jìn)行下一次AD轉(zhuǎn)換。這樣，沒(méi)執(zhí)行一次PWM重載只執(zhí)行一次AD轉(zhuǎn)換。4.3.2模擬風(fēng)機(jī)流程圖模擬風(fēng)機(jī)時(shí)，在主函數(shù)進(jìn)行了各模塊的初始化，在ADC中斷中實(shí)現(xiàn)了采樣電壓、電流的AD轉(zhuǎn)換與濾波,在PWM重載中斷中實(shí)現(xiàn)PI控制與PWM給定，當(dāng)脈沖編碼器有脈沖產(chǎn)生時(shí)進(jìn)入外部中斷，在外部中斷中進(jìn)行脈沖計(jì)數(shù)并判斷電機(jī)是否轉(zhuǎn)速太高，在定時(shí)器中斷中判斷電路有無(wú)過(guò)流，有過(guò)流則關(guān)閉PWM輸出，同時(shí)進(jìn)行電機(jī)轉(zhuǎn)速的計(jì)算。圖4-2模擬風(fēng)機(jī)流程圖4.3.3蓄電池充電電路流程圖程序控制交錯(cuò)并聯(lián)BUCK-BOOST變換器實(shí)現(xiàn)電池兩階段充電，程序中應(yīng)用到了ADC中斷和PWM重載中斷。首先在主函數(shù)進(jìn)行了各模塊的初始化，在ADC中斷中實(shí)現(xiàn)了采樣電壓、電流的AD轉(zhuǎn)換與濾波,并判斷是否有過(guò)流和過(guò)壓的情況，如果有則使CONTROL_STATE置0，然后關(guān)閉ADC跳出中斷，跳出中斷；否則根據(jù)采樣電流電壓判斷蓄電池電量，選擇相應(yīng)的控制策略給CHARGE_STATE賦不同的值。圖4-3主電路控制流程圖主程序和AD中斷程序在PWM重載中斷中首先判斷CONTROL_STATE狀態(tài)，如果為0則封鎖PWM輸出，否則通過(guò)讀取CHARGE_STATE的值來(lái)判斷蓄電池充電控制策略，CHARGE_STATE為0，則四路PWM均給0，CHARGE_STATE不等于0則根據(jù)CHARGE_STATE狀態(tài)和采樣電流電壓計(jì)算期望的給定電壓Vref，比較Vin和Vref選擇Buck或者Boost控制策略，同時(shí)將另一組PI歷史積分值置0，并實(shí)現(xiàn)PI控制產(chǎn)生PWM給定，之后進(jìn)行ADC中斷使能。圖4-4主電路控制流程圖PWM重載中斷程序4.4程序關(guān)鍵部分的實(shí)現(xiàn)4.4.1使用DSP芯片實(shí)現(xiàn)PWM移相Freescale公司DSP56F8013芯片可以配置成三個(gè)互補(bǔ)的PWM輸出或六個(gè)獨(dú)立的PWM輸出或二者的組合?？梢栽O(shè)置成為邊沿對(duì)齊模式或者中心對(duì)齊模式，6個(gè)PWM通道共用一個(gè)PWM計(jì)數(shù)器，可以實(shí)現(xiàn)中心對(duì)齊模式下的半周期重載或1-16個(gè)PWM周期重載。[19]4.4.觀察單極性移相PWM四路控制信號(hào)的波形可以看到PWM1和PWM2的導(dǎo)通中心是相同的，所以在實(shí)現(xiàn)時(shí)可以將PWM設(shè)置成中心對(duì)齊模式；同時(shí)可以看到PWM1和PWM2導(dǎo)通時(shí)間之和是一個(gè)周期，而PWM1的占空比與PWM2的占空比之差正是實(shí)際的占空比，所以PWM1占空比50%+D/2，PWM2的占空比50%-D/2，重載后四路PWM波形即如圖4-11(c)所示。4.4.3因?yàn)镕reescale公司DSP56F8013芯片6個(gè)PWM通道共用一個(gè)PWM計(jì)數(shù)器，所以不能夠直接產(chǎn)生移相的PWM波形。對(duì)于雙極性的移相PWM控制要求兩個(gè)互補(bǔ)的PWM信號(hào)，占空比均為50%，但是它們之間要求可以在0-180度范圍內(nèi)調(diào)節(jié)相差。該P(yáng)WM波形可由以下方法產(chǎn)生：設(shè)置PWM模塊中心對(duì)齊模式，半周期重載，第一個(gè)PWM信號(hào)直接給占空比50%，第二個(gè)的PWM信號(hào)在前半個(gè)PWM周期中給一個(gè)占空比D1，后半個(gè)周期給一個(gè)占空比100-D1，則兩個(gè)PWM信號(hào)占空比均為50%，而在相位上有一個(gè)等于（50-D1）/100的相差，最多可以超前或滯后90度，如果兩個(gè)PWM信號(hào)均用上述半周期改變占空比的方法，則可以產(chǎn)生最多超前或滯后180度的PWM輸出。4.4.4DSP定標(biāo)和標(biāo)幺化4.4.4.在定點(diǎn)DSP中，采用定點(diǎn)數(shù)進(jìn)行數(shù)值運(yùn)算其操作數(shù)一般采用整型數(shù)來(lái)表示，而且是以2進(jìn)制補(bǔ)碼形式表示的。以16位定點(diǎn)DSP為例：無(wú)符號(hào)數(shù)的表示范圍是：0～65535有符號(hào)數(shù)的表示范圍是：-32768～32767對(duì)于定點(diǎn)DSP而言，內(nèi)部運(yùn)算的操作數(shù)均為16位整型數(shù)。但是在實(shí)際控制系統(tǒng)中許多變量均為小數(shù)。如果要用整型數(shù)來(lái)表示一個(gè)小數(shù)，就需要確定變量的小數(shù)點(diǎn)在16位整型數(shù)的位置。這一過(guò)程就是定標(biāo)。通過(guò)設(shè)定小數(shù)點(diǎn)在16位數(shù)中的不同位置，就可以表示不同范圍和不同精度的數(shù)。如果把小數(shù)點(diǎn)放在最低位之前，我們稱Q1定標(biāo)，依次為Q2，Q3，放在最高位的前面是Q16定標(biāo)。取最高位為符號(hào)位，我們就可以有Q0，Q1……Q15定標(biāo)十六種定標(biāo)方式。定標(biāo)之后的數(shù)在進(jìn)行加減運(yùn)算時(shí)要先進(jìn)行統(tǒng)一定標(biāo)，之后才可以加減；在進(jìn)行乘法時(shí)，結(jié)果的定標(biāo)是兩個(gè)乘數(shù)定標(biāo)之和；除法運(yùn)算結(jié)果定標(biāo)為兩個(gè)定標(biāo)之差。4.4.4.將物理量或參數(shù)用實(shí)際值用相對(duì)于該量的基準(zhǔn)值來(lái)表示的單位制，成為相對(duì)單位制。[16]相對(duì)單位制表達(dá)的量也稱為標(biāo)么值，定義為因?yàn)樵贒SP控制中，AD采樣的結(jié)果，占空比的給定都是標(biāo)幺值，所以電壓電流的表示以及其他中間運(yùn)算最好也用標(biāo)幺值，這樣更容易統(tǒng)一單位，而且不需要考慮乘系數(shù)。在定標(biāo)過(guò)程中要求所有量定標(biāo)要統(tǒng)一，例如：已經(jīng)給電壓和電流定標(biāo)，那么電阻基準(zhǔn)值就等于電壓基準(zhǔn)值除以電流基準(zhǔn)值。在16位定點(diǎn)DSP的標(biāo)幺化中，所有標(biāo)幺值都是Q15定標(biāo)，實(shí)際值在-1和0.9999695之間，所以要求基準(zhǔn)值大于或等于實(shí)際的最大值。CodeWarriorIDE軟件開(kāi)發(fā)平臺(tái)可以非常容易地實(shí)現(xiàn)Q15作為固定定標(biāo)值的小數(shù)運(yùn)算，集成在嵌入豆DSPFuncMFR中。加減乘除分別用Frac16add(Frac16x,Frac16y),sub(Frac16x,Frac16y),Frac16mult_r(Frac16x,Frac16y),Frac16div_s(Frac16x,Frac16y)。因?yàn)镼15定標(biāo)處理的數(shù)實(shí)際上表示小數(shù)，所以在做除法時(shí)要求被除數(shù)小于除數(shù)。5系統(tǒng)仿真與調(diào)試5.1仿真工具簡(jiǎn)介PSIM是趨向于電力電子領(lǐng)域以及電機(jī)控制領(lǐng)域的仿真應(yīng)用包軟件，具有仿真高速、用戶界面友好、波形解析等功能，為電力電子電路的解析、控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)、電機(jī)驅(qū)動(dòng)研究等有效提供強(qiáng)有力的仿真環(huán)境。PSIM具有獨(dú)特仿真速度、可控制任意大小的電力變換回路、及對(duì)控制回路仿真功能的特點(diǎn)，在各不同系統(tǒng)的仿真領(lǐng)域、控制環(huán)的設(shè)計(jì)、以及電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)領(lǐng)域被廣泛應(yīng)用。[20]PSIM作為仿真工具以及設(shè)計(jì)工具使用，可大大提高工作效率和生產(chǎn)性能，對(duì)降低開(kāi)發(fā)成本和縮短研發(fā)周期都起到舉足輕重的作用。5.2交錯(cuò)互補(bǔ)buck-boost斬波電路5.2.1仿真模型圖5-1蓄電池充電電路仿真電路圖5.2.2仿真結(jié)果輸入電壓：Vin=10V~30V的三角波，頻率20Hz輸出電壓給定：Vref=20V開(kāi)關(guān)頻率：f=20KHz主電感：L1=L2=0.5mH仿真時(shí)間：t=0.2sBUCK變換PI控制參數(shù)：Kp=0.5，Ki=0.000007BOOST變換PI控制參數(shù)：Kp=25，Ki=0.0011按照上述參數(shù)運(yùn)行仿真，得到系統(tǒng)仿真結(jié)果波形如下圖所示：圖5-2為啟動(dòng)階段仿真波形，圖5-3為輸出電壓的放大圖，從中我們可以看出輸出電壓大約經(jīng)過(guò)6ms的調(diào)節(jié)時(shí)間即能達(dá)到穩(wěn)定；圖5-4為穩(wěn)定階段的放大圖（100ms到150ms），從中我們可以觀察出控制波形在電路buck和boost工作狀態(tài)之間的切換；圖5-5在圖5-4的基礎(chǔ)上進(jìn)一步進(jìn)行了放大，從中即可觀察出buck工作狀態(tài)到boost工作狀態(tài)轉(zhuǎn)換過(guò)程中PWM波形的變化；圖5-6為兩相斬波電路PWM波形交錯(cuò)互補(bǔ)的波形圖，圖形選自137.3ms到137.7ms，波形選擇為boost工作狀態(tài)PWM3和PWM4波形；圖5-7為buck工作狀態(tài)下的電流波形，可以看出輸出電流脈動(dòng)大為降低；圖5-8為IGBT1驅(qū)動(dòng)失效情況下輸出電壓波形，可以看出輸出電壓仍然能夠穩(wěn)定在20V左右。圖5-2啟動(dòng)階段仿真結(jié)果圖5-3啟動(dòng)電流放大圖圖5-4局部放大圖（已經(jīng)穩(wěn)定）圖5-5PWM狀態(tài)轉(zhuǎn)換放大圖圖5-6PWM交錯(cuò)互補(bǔ)波形圖圖5-7buck工作狀態(tài)下的電流脈動(dòng)波形圖5-8IGBT1驅(qū)動(dòng)失效輸出電壓曲線5.2.3結(jié)果分析該系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)升降壓變換，在10-30V范圍內(nèi)的輸入電壓，均能很好的穩(wěn)定到期望電壓上，在輸入電壓變化過(guò)程中能夠很好地判斷升降壓狀態(tài)并進(jìn)行切換，啟動(dòng)時(shí)調(diào)節(jié)時(shí)間6ms左右。而且通過(guò)仿真確實(shí)看到了兩相buck電路輸出電流脈動(dòng)要小于兩相電路中電感電流脈動(dòng)，因此能夠減小感性元件體積。同時(shí)通過(guò)做IGBT1驅(qū)動(dòng)失效的仿真證實(shí)了雙相斬波電路能夠增強(qiáng)系統(tǒng)可靠性這一結(jié)論。5.3模擬風(fēng)機(jī)系統(tǒng)調(diào)試本文控制橋式電路模擬風(fēng)機(jī)P-n特性，并將P-n轉(zhuǎn)化為I-n圖，其曲線近似正態(tài)曲線形狀，本文控制橋式輸出電流跟隨電機(jī)轉(zhuǎn)速以正態(tài)曲線變化。在以下實(shí)驗(yàn)結(jié)果圖中n均以綠色曲線表示，I均以紅色曲線表示。5.3.1調(diào)試設(shè)備圖5-20調(diào)試設(shè)備照片5.3.2跟蹤風(fēng)機(jī)I-n曲線實(shí)驗(yàn)風(fēng)機(jī)I-n曲線近似于其輸出特性P-n曲線（圖1-3），本實(shí)驗(yàn)實(shí)際跟蹤一條由Matlab產(chǎn)生的正態(tài)分布變化規(guī)律的曲線。本文在測(cè)試了DSP控制芯片響應(yīng)正確，電流檢測(cè)電路輸出正確之后，又對(duì)PWM輸出進(jìn)行了檢測(cè)，在各個(gè)部分調(diào)試完全正常的情況下對(duì)系統(tǒng)整體進(jìn)行了測(cè)試，通過(guò)PC_Master對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行在線調(diào)試并采得了波形。首先調(diào)節(jié)AD采樣偏置，使沒(méi)有電流時(shí)，AD反饋為零。結(jié)果如下圖6-21：其中綠線表示電機(jī)轉(zhuǎn)速，從0到500r/min；紅線表示期望電流；藍(lán)線表示采樣電流；淺綠色線代表通過(guò)低通濾波以后的電流值。圖5-21沒(méi)有輸出電流時(shí)的波形然后通過(guò)自耦調(diào)壓器逐漸加大電壓，當(dāng)電壓偏小時(shí)，電感電流變化較慢會(huì)對(duì)應(yīng)一個(gè)大的PI參數(shù)。增大自耦調(diào)壓器輸出到25V左右，調(diào)節(jié)PI參數(shù)，系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了很好的跟隨效果，如圖5-22。藍(lán)線去濾波后電流值（以下圖均如此）圖5-22輸出波形在調(diào)試過(guò)程中還得到如下波形，其中圖5-23為參數(shù)P偏小時(shí)的波形，圖5-24為參數(shù)P偏大的波形，圖5-25為參數(shù)I偏小的波形。圖5-23參數(shù)P偏小圖5-24參數(shù)P偏大圖5-25參數(shù)I偏小由上可知，PI調(diào)節(jié)器參數(shù)是受硬件參數(shù)影響變化的。對(duì)應(yīng)于某個(gè)特定的環(huán)境，有一個(gè)PI參數(shù)的范圍能使系統(tǒng)達(dá)到要求的控制效果，參數(shù)太大或太小，系統(tǒng)性能都會(huì)大打折扣。5.3.3模擬太陽(yáng)能電池輸出曲線太陽(yáng)能電池輸出特性曲線如1-4所示，本實(shí)驗(yàn)控制橋式電路根據(jù)電壓值產(chǎn)生期望電流，控制輸出電流跟蹤太陽(yáng)能電池輸出曲線。實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖5-26所示，太陽(yáng)能電池參數(shù)選擇：Uoc=50V，Isc=5A，Um=40V，Im=4.5A其中綠色線表示輸出電壓Vout，其中500代表50V；紅色線表示期望的電流值，綠色線代表電流霍爾對(duì)輸出采樣的采樣電流值，其中7000代表5A。圖5-26太陽(yáng)能電池輸出特性跟蹤效果6結(jié)論通過(guò)這個(gè)實(shí)驗(yàn)我們也看出了，使用橋式電路來(lái)控制電流是可行的，而且效果很好，可以使用橋式電路來(lái)進(jìn)行風(fēng)機(jī)和太陽(yáng)能電池輸出的模擬。本文雖然完成了系統(tǒng)的設(shè)計(jì)以及已經(jīng)各部分的模擬和實(shí)驗(yàn)，但是由于缺少關(guān)鍵設(shè)備導(dǎo)致沒(méi)有對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行聯(lián)合試驗(yàn)，無(wú)法整個(gè)系統(tǒng)的給出確定性結(jié)論。此外，由于時(shí)間原因，本文只是完成了一些簡(jiǎn)單設(shè)計(jì)，風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電技術(shù)尚有許多可以更深入思考的地方，比如容量預(yù)測(cè)，功率因數(shù)校正等等，值得進(jìn)一步研究。通過(guò)兩個(gè)月的鍛煉，我的動(dòng)手能力，分析問(wèn)題的能力都有了一定提升。我在這個(gè)風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)主要負(fù)責(zé)電路板和驅(qū)動(dòng)板以及主電路板的焊接。主要負(fù)責(zé)了焊接控制板，由于我時(shí)間有限在北京的這兩個(gè)月時(shí)間負(fù)責(zé)了控制板的焊接，尤其是DSP8037芯片的焊接。以及做整個(gè)系統(tǒng)仿真模型的連線。雖然我們做完了兩臺(tái)風(fēng)光發(fā)電的機(jī)子送到寧夏進(jìn)行試驗(yàn)的時(shí)候出了故障。但是我通過(guò)在實(shí)驗(yàn)室里對(duì)整一個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行模擬仿真結(jié)果是非常好的。我們會(huì)在不斷地改進(jìn)我們的方案，使得我們的風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)能夠得到真正的應(yīng)用。為國(guó)家電網(wǎng)減輕供電負(fù)擔(dān)。我在學(xué)習(xí)這個(gè)系統(tǒng)的原理時(shí)不斷地查閱文獻(xiàn)過(guò)程中豐富了自己的知識(shí)，提高了檢索能力，總的來(lái)說(shuō)還是很有收獲的。參考文獻(xiàn)[1]王曉丹：《通信電源設(shè)備使用維護(hù)手冊(cè)》[J]，人民郵電出版社2008，第1—185頁(yè)。[2]江澤民：對(duì)中國(guó)能源問(wèn)題的思考［J］，上海交通大學(xué)學(xué)報(bào)2008，(03)。[3]劉萬(wàn)琨：風(fēng)能和風(fēng)力發(fā)電技術(shù)［M］,化學(xué)工業(yè)出版社2007,第1—6頁(yè)。[4]邢運(yùn)民，陶永紅：現(xiàn)代能源與發(fā)電技術(shù)［M］，西安電子科技大學(xué)出版社，2007．第175—252頁(yè)。[5]王素霞：國(guó)內(nèi)外風(fēng)力發(fā)電現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)［J］，電氣時(shí)空2007，（05）：第20—22頁(yè)。[6]阮新波，嚴(yán)仰光：直流開(kāi)關(guān)電源的軟開(kāi)關(guān)技術(shù)［M］．北京：科學(xué)出版社．2000．第50—135頁(yè)。[7]楊旭：開(kāi)關(guān)電源技術(shù)［M］，機(jī)械工業(yè)出版社．第35—45頁(yè)。[8]王兆安，黃?。弘娏﹄娮蛹夹g(shù)[M]，機(jī)械工業(yè)出版社，2007．第107—110頁(yè)。[9]胡炎申，謝運(yùn)祥：三相交錯(cuò)并聯(lián)BoostDC/DC變換器設(shè)計(jì)與研制[J]．電力電子技術(shù)2006，第45—47頁(yè)。[10]Po-WaLeeect．Steady-StateAnalysisofanInterleavedBoostConverterwithCoupledInductors[J]．IEEETransactionsOnIndustrialElectronics．2000，47(4)：第787—791頁(yè)。[11]劉志剛：電力電子學(xué)[M]，清華大學(xué)出版社，2004．第124—126頁(yè)。[12]孫栩：一種新的低壓大電流DC/DC變換器的研究[D]，天津大學(xué)2004。[13]鐘勇：風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)中蓄電池充放電控制器的研究[D]，合肥工業(yè)大學(xué)2006。[14]王治國(guó)，高玉峰：鉛酸蓄電池等效電路模型研究[J]，裝甲兵工程學(xué)院學(xué)報(bào)2003，第78—81頁(yè)。[15]王體民，馮長(zhǎng)征．蓄電池常見(jiàn)充電方式的比較與注意事項(xiàng)［J］，養(yǎng)護(hù)指南．2008，(4)。[16]匿名：光電編碼器在電機(jī)控制中的應(yīng)用[J]．慧聰網(wǎng)“編碼器”關(guān)聯(lián)資訊．2009/3/30。Development[17]Metrowerks:CodeWarriorDevelopmentStudioHelpSystem[M]．MetrowerksSemiconductor，Inc.，2005。[18]Freescale.MotorControl[EB/OL]。[19]冬雷：DSP原理及電機(jī)控制系統(tǒng)應(yīng)用［M］，北京航空航天大學(xué)出版社，2007。[20]藤原憲一郎，吉田，正伸：《使用PSIM學(xué)習(xí)電力電子基礎(chǔ)》［M］，西安交通大學(xué)出版社2009年，第3—192頁(yè)。附錄主程序：externvoidInitialization(void);voidmain(void){PE_low_level_init();//Initialization();PWM1_Enable();PWM1_OutputPadEnable();AD_Enable();for(;;){}}PWM中斷：voidPWM1_OnReload(void){AD_Start();__turn_on_sat();//打開(kāi)數(shù)據(jù)飽和處理模式PWM1_Counter++;switch(waveform){//我的波形case0:{ if(PWM1_Counter>=Full_Period) { if(Speed!=0) Speed++; Vout++; PWM1_Counter=0; } if(Speed>=500)Speed=0; if(Vout>=500) { Vout=500; if(Speed==0)Speed=1; } if(Vout>=500&&Speed>100) { Vout=0; Speed=0; } //Current_Desired=(int)Current_Speed[Speed]; Current_Desired=(int)refI[Vout]; PWM1_Duty=MC1_controllerPItype1(Current_Desired,Current_LP,&My_PIpatrams);}break; //方波發(fā)生 case1: { if(PWM1_Counter<=Half_Period) { Current_Desired=Up_Current_Desired;//Up_Current_Desired; } elseif(PWM1_Counter<Full_Period) { Current_Desired=Down_Current_Desired;//Down_Current_Desired; } else { PWM1_Counter=0; } PWM1_Duty=MC1_controllerPItype1(Current_Desired,Current_LP,&Rec_PIpatrams); } break; //正弦波發(fā)生 case2: { if(PWM1_Counter<Full_Period) { Phase_Angle+=Step_Desired; } else { PWM1_Counter=0; Phase_Angle=-32768; } Current_Desired=DC_Current+mult(AC_PP_Current/2,TFR1_tfr16SinPIx(Phase_Angle)); PWM1_Duty=MC1_controllerPItype1(Current_Desired,Current_LP,&Sin_PIpatrams); } break; case3: { //三角波發(fā)生 if(PWM1_Counter<=Half_Period) { Current_Desired+=Step_Desired; //更新電流當(dāng)前給定值 } elseif(PWM1_Counter<Full_Period) { Current_Desired-=Step_Desired; //更新電流當(dāng)前給定值 } else { Current_Desired=Down_Current_Desired; //更新電流當(dāng)前給定值 PWM1_Counter=0; } PWM1_Duty=MC1_controllerPItype1(Current_Desired,Current_LP,&Tri_PIpatrams); } break; default:break;}DA_temp=16383-(PWM1_Duty/2);//計(jì)算通道0占空比DB_temp=16383+(PWM1_Duty/2);//計(jì)算通道2占空比PWM1_Enable();PWM1_OutputPadEnable();PWM1_SetRatio15(0,DA_temp);PWM1_SetRatio15(2,DB_temp);PWM1_Load(); }AD中斷：voidAD_OnEnd(void){/*Writeyourcodehere...*/AD_GetChanValue(0,&Current_Measured);Current_LP=LP_Filter(Current_Measured,Current_LP,500);if(abs_s(Current_LP)>=OC_Limit_2){ PWM1_OutputPadDisable(); CONTROL_STATE=STOP;}AD_Stop();}定時(shí)器中斷：voidTIME_CONTROL_OnInterrupt(void){/*Writeyourcodehere...*/PI_Counter++;if(PI_Counter<=2){ Initialization();//PI參數(shù)初始化}else{ PI_Counter=3;}State_Machine();Up_Current_Desired=Current_Max*1488; //計(jì)算定標(biāo)后的輸出電流給定上限D(zhuǎn)own_Current_Desired=Current_Min*1488; //計(jì)算定標(biāo)后的輸出電流給定下限AC_PP_Current=Up_Current_Desired-Down_Current_Desired; //峰峰值DC_Current=Up_Current_Desired/2+Down_Current_Desired/2; //直流偏置Full_Period=20000/Frequency_Desired; //給定頻率對(duì)應(yīng)PWM周期數(shù)Half_Period=20000/(Frequency_Desired*2); //半周期數(shù)switch(waveform){case0://我的波形//Full_Period=40*Period_Time; //速度增加1對(duì)應(yīng)PWM周期數(shù)Full_Period=10*Period_Time; case1:break;//方波發(fā)生 case2://正弦波放發(fā)生 Step_Desired=div_s(Frequency_Desired,10000);//計(jì)算相位步進(jìn)增量 break; case3://三角波發(fā)生 Step_Desired=mult(AC_PP_Current,div_s(Frequency_Desired,10000)); //計(jì)算電流步進(jìn)增量 break; default:break; }}變量定義及子程序定義：//我的數(shù)據(jù)，轉(zhuǎn)速0-500r/min的期望電流staticdoubleCurrent_Speed[501]={676.6764161830636,690.3116701080546,704.1512602692071,718.196487740728,732.448617311829,746.9088762520902,761.5784530712097,776.4584962737716,791.5501131096938,806.8543683210239,822.3722828857744,838.1048327594987,854.0529476153246,870.2175095831835,886.5993519889818,903.1992580944698,920.017959838599,937.0561365811442,954.3144138494008,971.7933620887721,989.4934954180733,1007.4152703903968,1025.5590847603846,1043.9252762587776,1062.5141213751103,1081.3258341494363,1100.3605649739793,1119.618399405607,1139.0993569900454,1158.8033900987427,1178.7303827793178,1198.8801496205174,1219.2524346326236,1239.8469101442531,1260.6631757165007,1281.7007570753683,1302.9591050634463,1324.437594611796,1346.1355237329974,1368.0521125363196,1390.1865022659704,1412.5377543633979,1435.1048495545865,1457.8866869633173,1480.8820832513336,1504.0897717863775,1527.5084018390255,1551.136537809276,1574.9726584838168,1599.015156324901,1623.2623367917488,1647.7124176953857,1672.3635285878202,1697.2137101864446,1722.2609138345454,1747.5030009987825,1772.9377428044952,1798.5628196096693,1824.3758206183961,1850.3742435346237,1876.555494256998,1902.916886615566,1929.4556421510952,1956.1688899377475,1983.0536664498245,2010.1069154732743,2037.325488062638,2064.7061425440884,2092.2455445651767,2119.940267191907,2147.7867910536957,2175.7815045367843,2203.9207040266224,2232.2005941997163,2260.6172883654144,2289.1668088580714,2317.8450874799923,2346.6479659955485,2375.571196676796,2404.610442900932,2433.7612797998586,2463.019194962104,2492.37958918733,2521.8377772935946,2551.3889889775187,2581.028369727482,2610.7509817898995,2640.5518051886424,2670.425738797585,2700.3676014662637,2730.372133198547,2760.4339963842335,2790.547777083413,2820.7079863634003,2850.909061688025,2881.1453683589993,2911.4112010090666,2941.7007851465737,2972.0082787510933,3002.3277739196615,3032.653298563167,3062.9788181523854,3093.2982375131123,3123.6054026698107,3153.8941027371416,3184.158071858716,3214.39099119236,3244.586490941148,3274.738152429416,3304.839510222933,3334.8840542923717,3364.8652322191697,3394.7764514428395,3424.611081548765,3454.3624565954487,3484.023877480174,3513.588614341988,3543.049909000884,3572.4009774320175,3601.635012273774,3630.7451853684547,3659.724650334314,3688.566545167673,3717.263994873763,3745.8101141249635,3774.1980099450366,3802.420784417948,3830.4715374198317,3858.343369372631,3886.029384017912,3913.5226912093412,3940.816409722264,3967.903670078834,3994.77761738709,4021.43141419237,4047.8582433394345,4074.051310843647,4100.003848769544,4125.709118115105,4151.160411700042,4176.35105705636,4201.27441931951,4225.923904118357,4250.292960462237,4274.375083623348,4298.163818012711,4321.65276004793,4344.835561010979,4367.70592989425,4390.257636233081,4412.484512922977,4434.380459019769,4455.939442520922,4477.155503126236,4498.022754976158,4518.53538936598,4538.687677434148,4558.473972822952,4577.888714309888,4596.926428407949,4615.581731933179,4633.8493345377765,4651.724041207103,4669.200754718946,4686.274478063388,4702.94031682171,4719.193481502715,4735.029289834929,4750.443169013134,4765.430657897741,4779.9874091655,4794.109191410116,4807.791891191347,4821.031515031183,4833.824191355766,4846.166172381721,4858.053835945614,4869.483687275286,4880.452360701851,4890.9566213111875,4900.993366533777,4910.559627671818,4919.6525713625415,4928.269500976727,4936.407857951453,4944.065223056165,4951.239317591174,4957.928004517753,4964.129289519067,4969.841321991172,4975.062395963411,4979.790950947568,4984.025572715164,4987.764994002398,4991.008095142187,4993.753904622905,4996.001599573418,4997.750506174071,4999.000099993334,4999.750006249896,5000,4999.750006249896,4999.000099993334,4997.750506174071,4996.001599573418,4993.753904622905,4991.008095142187,4987.764994002398,4984.025572715164,4979.790950947568,4975.062395963411,4969.841321991172,4964.129289519067,4957.928004517753,4951.239317591174,4944.065223056165,4936.407857951453,4928.269500976727,4919.6525713625415,4910.559627671818,4900.993366533777,4890.9566213111875,4880.452360701851,4869.483687275286,4858.053835945614,4846.166172381721,4833.824191355766,4821.031515031183,4807.791891191347,4794.109191410116,4779.9874091655,4765.430657897741,4750.443169013134,4735.029289834929,4719.193481502715,4702.94031682171,4686.274478063388,4669.200754718946,4651.724041207103,4633.8493345377765,4615.581731933179,4596.926428407949,4577.888714309888,4558.473972822952,4538.687677434148,4518.53538936598,4498.022754976158,4477.155503126236,4455.939442520922,4434.380459019769,4412.484512922977,4390.257636233081,4367.70592989425,4344.835561010979,4321.65276004793,4298.163818012711,4274.375083623348,4250.292960462237,4225.923904118357,4201.27441931951,4176.35105705636,4151.160411700042,4125.709118115105,4100.003848769544,4074.051310843647,4047.8582433394345,4021.43141419237,3994.77761738709,3967.903670078834,3940.816409722264,3913.5226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