潮流能发电机组水下监控装置测试系统设计与开发

发布时间：2017-08-23 21:20

  本文关键词：潮流能发电机组水下监控装置测试系统设计与开发

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【摘要】：潮流能作为一种清洁、安全、可再生的绿色能源,具有非常广阔的开发与利用前景,越来越受到世界各国的关注。海洋环境的复杂性决定了潮流能发电系统的研究是一个多学科交叉和融合的领域,涉及到海洋科学、海洋工程、机械工程、电气工程、材料科学、自动化等多学科,学科跨度大,技术复杂,研制难度高。目前,对潮流能的开发利用还处在探索阶段,潮流能发电系统中的关键技术亟待突破。在国家海洋局海洋可再生能源专项资金项目的支持下,中国海洋大学研制了50kW水平轴潮流能发电系统,水下监控装置作为发电系统的重要组成部分安装于水下发电机组电气舱中,承担着水下机组的信息采集、数据通信和变桨控制等任务。一旦机组布放到水下,水下监控装置将在无人值守的情况下自动运行,其稳定性和可靠性直接影响着水下机组的工作性能和安全。因此,对水下监控装置进行全面系统的自动化测试与评估是非常必要的。本文针对潮流能发电机组水下监控装置的测试需求,提出了基于FPGA的分布式测试系统设计方案。测试系统包括实时测试仿真器和测试主控计算机两部分,多个实时测试仿真器通过以太网络与测试主控计算机进行连接,实现对水下监控装置功能完整性、性能稳定性和通讯安全性的测试、监控与评估。本文主要工作如下：1、建立了水下机组中感知对象和传感器的仿真模型。描述了感知对象的动态变化过程并推导出过程模拟仿真算法,给出了传感器的基本模型、仿真算法、标定算法和故障模拟算法：2、设计了分布式实时测试仿真器,用于模拟水下机组中各类感知对象和传感器的输出。该仿真器以FPGA为控制核心,具有接口丰富、计算能力强、实时性高、网络化、可扩展的特点；3、基于VC++开发了测试主控软件,通过以太网络对实时测试仿真器进行参数配置、流程设置、运行控制等操作。并对测试的数据进行显示、存储、管理、分析与评估；4、针对变桨距调节装置的系统结构和测试需求,建立了变桨距测试子系统中变桨电机的离散化仿真模型和相关的传感器仿真模型,实现了闭环系统的仿真测试。
【关键词】：潮流能发电 分布式测试系统 自动化测试 仿真模型 变桨距
【学位授予单位】：中国海洋大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM612
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 1 绪论10-16
• 1.1 课题背景及意义10-11
• 1.2 国内外研究现状11-14
• 1.2.1 潮流能技术发展现状11-12
• 1.2.2 自动化测试系统研究现状12-14
• 1.3 本文主要工作及结构14-16
• 2 系统需求分析与总体设计16-22
• 2.1 水下监控装置概述16-18
• 2.1.1 水下监控系统传感器概述16-17
• 2.1.2 传感器接口类型分类17-18
• 2.2 需求分析18-19
• 2.3 总体设计19-21
• 2.4 本章小结21-22
• 3 水下机组感知对象与传感器仿真模型研究22-49
• 3.1 感知对象模型的设计22-30
• 3.1.1 感知对象——机组液位22-23
• 3.1.2 感知对象——机组温湿度23-24
• 3.1.3 感知对象——海流流速流向24-27
• 3.1.4 感知对象——发电机27-30
• 3.2 传感器模型的设计30-48
• 3.2.1 机头漏水线模型30-31
• 3.2.2 机舱漏水点模型31-32
• 3.2.3 机头温湿度传感器模型32-37
• 3.2.4 机舱温湿度传感器模型37-39
• 3.2.5 设备温度铂电阻模型39-41
• 3.2.6 海流计模型41-43
• 3.2.7 电压互感器模型43-44
• 3.2.8 电流互感器模型44-46
• 3.2.9 增量式编码器模型46-48
• 3.3 本章小结48-49
• 4 实时测试仿真器设计49-60
• 4.1 实时测试仿真器的结构设计49-51
• 4.2 传感器信号仿真的结构设计51-52
• 4.3 实时测试仿真器硬件电路设计52-59
• 4.3.1 数字通讯电路设计52-54
• 4.3.2 模拟量输出电路设计54-57
• 4.3.3 模拟量输入电路设计57-59
• 4.3.4 数字信号处理电路设计59
• 4.4 本章小结59-60
• 5 测试主控软件设计60-77
• 5.1 方案设计60-62
• 5.1.1 功能要求60-62
• 5.1.2 主体框架方案设计62
• 5.2 通信协议62-68
• 5.2.1 CAN通信协议63-66
• 5.2.2 Modbus RTU协议66-68
• 5.3 实时信息显示68-70
• 5.3.1 数据处理方法68
• 5.3.2 程序实现68-70
• 5.3.3 界面设计70
• 5.4 数据库存储70-73
• 5.4.1 数据库存储的实现70-71
• 5.4.2 实时数据库71
• 5.4.3 历史数据库71-73
• 5.5 参数配置73-75
• 5.5.1 配置参数的分类73-74
• 5.5.2 参数配置功能的程序实现74-75
• 5.6 历史数据查询75-76
• 5.7 本章小结76-77
• 6 变桨距测试子系统设计77-93
• 6.1 变桨距调节装置测试原理77-79
• 6.2 仿真模型建立79-87
• 6.2.1 变桨电机模型设计79-83
• 6.2.2 H桥电流传感器仿真模型83-84
• 6.2.3 电池电流传感器仿真模型84
• 6.2.4 绝对值编码器仿真模型84-86
• 6.2.5 变桨距过程故障模拟86-87
• 6.3 变桨距控制操作87-92
• 6.3.1 变桨距操作设计87-88
• 6.3.2 程序实现88-91
• 6.3.3 状态机91-92
• 6.4 本章小结92-93
• 7 总结与展望93-95
• 7.1 总结93-94
• 7.2 展望94-95
• 参考文献95-97
• 致谢97-98
• 个人简历98-99
• 发表的学术论文99

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本文编号：727383