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基于DSP的燃料电池空气供给控制器研究与实现

发布时间:2018-11-19 17:26
【摘要】:由于全球变暖,城市雾霾,化石燃料的不断消耗枯竭所带来的环境、能源问题越来越严重,质子交换膜燃料电池作为清洁节能环保高效新能源发电装置,日益受到各国政府、学者的关注和重视。空气供给系统是燃料电池系统的重要组成部分,空气流量控制的响应速度与燃料电池电化学反应速度间存在矛盾。针对这个问题,本文开展燃料电池空气供给系统控制研究。主要研究内容如下:提出了基于DSP的燃料电池空气供给系统设计方案。介绍了空气供给系统的需求。选取双螺旋空气压缩机和开关磁阻电机作为空气供给系统的核心部件。并分析了系统中核心部件空气压缩机以及驱动电机的结构和工作原理。建立了燃料电池空气供给控制系统的机理模型,研究了空气供给控制系统控制策略。为了提高该系统中空气流量的响应速度,设计了空气流量闭环空气供给控制系统。分别运用PID控制策略和模糊PID控制策略对空气流量进行调节。通过仿真与结果分析,模糊PID控制策略能够明显地提升空气供给的响应速度,进而可以改变空气供给控制系统的动静态性能。根据燃料电池空气供给控制需求,以数字信号处理器DSP为核心,设计了空气供给系统硬件,完成了高精度信号采集与调理电路,驱动电机的电流、转子位置检测电路,空气流量的检测电路,故障保护电路,PWM输出电路,驱动电机驱动电路等模块电路的设计。设计了控制系统软件。以CCS软件作为平台,利用C语言进行程序设计,完成了初始化、驱动电机启动,空气流量等信号检测,A/D转换,电机换相以及故障保护等模块软件开发。
[Abstract]:Due to global warming, urban haze, and the environment brought by the depletion of fossil fuels, the energy problem is becoming more and more serious. As a clean, energy saving, environmental protection and efficient new energy generation device, proton exchange membrane fuel cells (PEMFC) are increasingly being used by governments of various countries. The attention and attention of scholars. Air supply system is an important part of fuel cell system. There is a contradiction between the response speed of air flow control and the electrochemical reaction speed of fuel cell. In order to solve this problem, the control of fuel cell air supply system is studied in this paper. The main contents are as follows: a design scheme of fuel cell air supply system based on DSP is proposed. The demand of air supply system is introduced. Double helix air compressor and switched reluctance motor are selected as the core components of air supply system. The structure and working principle of air compressor and drive motor are analyzed. The mechanism model of fuel cell air supply control system is established, and the control strategy of air supply control system is studied. In order to improve the response speed of air flow in the system, a closed loop air supply control system for air flow is designed. PID control strategy and fuzzy PID control strategy are used to regulate air flow. Through simulation and result analysis, the fuzzy PID control strategy can obviously improve the response speed of air supply, and then can change the dynamic and static performance of air supply control system. According to the air supply control demand of fuel cell, the hardware of air supply system is designed based on the digital signal processor (DSP). The high precision signal acquisition and conditioning circuit, the current of driving motor and the detecting circuit of rotor position are completed. Air flow detection circuit, fault protection circuit, PWM output circuit, driving motor drive circuit and other module circuit design. The control system software is designed. Taking CCS software as the platform, using C language to carry on the program design, completed the initialization, the drive motor starts up, the air flow rate and so on signal detection, A- / D conversion, motor commutation and the fault protection and so on module software development.
【学位授予单位】:武汉理工大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2015
【分类号】:TM911.4

【参考文献】

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本文编号:2342947

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