储能飞轮磁悬浮轴承电控系统研究
发布时间：2021-05-06 11:09
飞轮储能技术是一种新型高效的能量转换与存储方法,利用高速旋转的飞轮存储机械能,通过换能装置实现电能与机械能的相互转换。相对其他储能方法,飞轮储能具有高效率、无污染、长寿命、易监控、维护简单、充放电迅速、可实现连续工作等显著的优点,具有广阔的应用前景。国内对储能飞轮研究尚处于起步阶段。为提高储能飞轮系统的使用效率、降低损耗,需要研究低损耗轴承支承技术。飞轮储能研究的日益发展,在很大程度上也是得益于轴承技术的不断改进。磁悬浮轴承由于具有高转速、无磨损、无需润滑、动态特性可调等突出优点,特别适合飞轮这种高速旋转系统,为飞轮储能装置的研究开发提供了条件。针对储能飞轮系统的具体特点,在系统动力学分析的基础上,使用MATLAB工具设计一套PID控制系统。根据控制系统的性能要求,研究制作了一套以DSP控制器为核心,采用PID控制算法的数字式主动磁悬浮轴承控制系统,包括软件与硬件系统。同时研究了磁轴承开关功率放大器的相关原理,开发新型的PWM功率放大器。实验表明开关功放线性度较好,控制器工作稳定良好,基本达到了预期目标。
【文章来源】：东南大学江苏省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：61 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
第一章 绪 论
1.1 磁悬浮储能飞轮概述
1.1.1 国内外发展概况
1.1.2 磁悬浮储能飞轮基本工作原理
1.1.3 磁悬浮储能飞轮系统的基本结构
1.2 论文工作及内容安排
1.2.1 论文工作的提出
1.2.2 论文的内容安排
第二章 磁悬浮轴承控制系统分析
2.1 磁悬浮轴承系统工作原理及结构特点
2.1.1 磁悬浮轴承系统工作原理
2.1.2 磁悬浮轴承系统结构功能
2.2 单自由度磁轴承系统分析
2.2.1 磁轴承总体系统构成
2.2.2 磁悬浮系统各环节分析
2.3 五自由度磁悬浮储能飞轮系统的控制策略分析
2.3.1 磁悬浮储能飞轮系统分析假设
2.3.2 五自由度磁悬浮储能飞轮系统模型分析
2.3.3 五自由度磁悬浮储能飞轮系统控制策略分析
2.4 单自由度控制器设计
2.4.1 磁悬浮系统分析
2.4.2 模拟PID控制器设计
2.4.3 磁悬浮轴承系统数字控制器设计
本章小结
第三章 开关功放研究与设计
3.1 磁悬浮轴承系统功率放大器简介
3.1.1 开关功率放大器工作原理
3.1.2 开关功率放大器控制方法
3.2 磁悬浮轴承PWM功率放大器设计
3.2.1 开关频率的确定
3.2.2 电流变化率
3.2.3 功率器件的选择
3.2.4 功放功耗
3.2.5 桥式开关电路
3.2.6 MOSFET驱动电路
3.2.7 电流反馈回路设计
3.3 功放测试分析
本章小结
第四章 磁悬浮轴承系统数字控制器软硬件设计
4.1 磁悬浮轴承系统数字控制器的总体结构
4.1.1 数字控制设计流程
4.1.2 磁悬浮轴承控制器设计功能要求
4.2 DSP控制器TMS320LF2407A的结构与设计
4.2.1 A/D转换模块
4.2.2 PWM信号调制
4.2.3 串行通信模块
4.3 主要外围电路结构设计
4.3.1 外部存储器设计
4.3.2 串行通讯设计
4.3.3 信号滤波电路设计
4.3.4 缓冲、显示等电路的CPLD设计
4.3.5 电源、复位及时钟电路的设计
4.3.6 电路板的可靠性设计
4.4 控制器软件结构与编制调试
4.4.1 软件系统总体结构设计
4.4.2 定点DSP软件开发定标及抗干扰设计
4.5 硬件系统调试及分析
本章小结
第五章 总结与展望
致 谢
参考文献
作者简介
【参考文献】：
期刊论文
[1]工控DSP在电磁轴承中的应用[J]. 景敏卿,刘祖军,虞烈. 中国机械工程. 2003(02)
[2]飞轮储能技术原理、应用及其研究进展[J]. 李德海,卫海岗,戴兴建. 机械工程师. 2002(04)
[3]飞轮储能系统研究综述[J]. 汤双清,杨家军,廖道训. 三峡大学学报(自然科学版). 2002(01)
[4]超导磁悬浮飞轮储能的基本原理和发展现状[J]. 詹三一,唐跃进,李敬东,程时杰,潘垣. 电力系统自动化. 2001(16)
[5]新型飞轮蓄能系统[J]. 陈华,杨启岳. 能源工程. 2001(04)
[6]基于DSP的主动磁轴承数字控制器的设计与实现[J]. 朱熀秋,徐龙祥. 电子技术应用. 2001(07)
[7]飞轮储能技术及其应用[J]. 程三海,韦忠朝,王雪帆. 电机电器技术. 2000(06)
[8]磁悬浮轴承研究综述[J]. 刘迎澍,黄田. 机械工程学报. 2000(11)
[9]复合材料飞轮转子的发展概述[J]. 王嵘,吴晓波. 玻璃钢/复合材料. 2000(06)
[10]飞轮储能技术研究的发展现状[J]. 蒋书运,卫海岗,沈祖培. 太阳能学报. 2000(04)
本文编号：3171817
【文章来源】：东南大学江苏省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：61 页
【学位级别】：硕士
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第一章 绪 论
1.1 磁悬浮储能飞轮概述
1.1.1 国内外发展概况
1.1.2 磁悬浮储能飞轮基本工作原理
1.1.3 磁悬浮储能飞轮系统的基本结构
1.2 论文工作及内容安排
1.2.1 论文工作的提出
1.2.2 论文的内容安排
第二章 磁悬浮轴承控制系统分析
2.1 磁悬浮轴承系统工作原理及结构特点
2.1.1 磁悬浮轴承系统工作原理
2.1.2 磁悬浮轴承系统结构功能
2.2 单自由度磁轴承系统分析
2.2.1 磁轴承总体系统构成
2.2.2 磁悬浮系统各环节分析
2.3 五自由度磁悬浮储能飞轮系统的控制策略分析
2.3.1 磁悬浮储能飞轮系统分析假设
2.3.2 五自由度磁悬浮储能飞轮系统模型分析
2.3.3 五自由度磁悬浮储能飞轮系统控制策略分析
2.4 单自由度控制器设计
2.4.1 磁悬浮系统分析
2.4.2 模拟PID控制器设计
2.4.3 磁悬浮轴承系统数字控制器设计
本章小结
第三章 开关功放研究与设计
3.1 磁悬浮轴承系统功率放大器简介
3.1.1 开关功率放大器工作原理
3.1.2 开关功率放大器控制方法
3.2 磁悬浮轴承PWM功率放大器设计
3.2.1 开关频率的确定
3.2.2 电流变化率
3.2.3 功率器件的选择
3.2.4 功放功耗
3.2.5 桥式开关电路
3.2.6 MOSFET驱动电路
3.2.7 电流反馈回路设计
3.3 功放测试分析
本章小结
第四章 磁悬浮轴承系统数字控制器软硬件设计
4.1 磁悬浮轴承系统数字控制器的总体结构
4.1.1 数字控制设计流程
4.1.2 磁悬浮轴承控制器设计功能要求
4.2 DSP控制器TMS320LF2407A的结构与设计
4.2.1 A/D转换模块
4.2.2 PWM信号调制
4.2.3 串行通信模块
4.3 主要外围电路结构设计
4.3.1 外部存储器设计
4.3.2 串行通讯设计
4.3.3 信号滤波电路设计
4.3.4 缓冲、显示等电路的CPLD设计
4.3.5 电源、复位及时钟电路的设计
4.3.6 电路板的可靠性设计
4.4 控制器软件结构与编制调试
4.4.1 软件系统总体结构设计
4.4.2 定点DSP软件开发定标及抗干扰设计
4.5 硬件系统调试及分析
本章小结
第五章 总结与展望
致 谢
参考文献
作者简介
【参考文献】：
期刊论文
[1]工控DSP在电磁轴承中的应用[J]. 景敏卿,刘祖军,虞烈. 中国机械工程. 2003(02)
[2]飞轮储能技术原理、应用及其研究进展[J]. 李德海,卫海岗,戴兴建. 机械工程师. 2002(04)
[3]飞轮储能系统研究综述[J]. 汤双清,杨家军,廖道训. 三峡大学学报(自然科学版). 2002(01)
[4]超导磁悬浮飞轮储能的基本原理和发展现状[J]. 詹三一,唐跃进,李敬东,程时杰,潘垣. 电力系统自动化. 2001(16)
[5]新型飞轮蓄能系统[J]. 陈华,杨启岳. 能源工程. 2001(04)
[6]基于DSP的主动磁轴承数字控制器的设计与实现[J]. 朱熀秋,徐龙祥. 电子技术应用. 2001(07)
[7]飞轮储能技术及其应用[J]. 程三海,韦忠朝,王雪帆. 电机电器技术. 2000(06)
[8]磁悬浮轴承研究综述[J]. 刘迎澍,黄田. 机械工程学报. 2000(11)
[9]复合材料飞轮转子的发展概述[J]. 王嵘,吴晓波. 玻璃钢/复合材料. 2000(06)
[10]飞轮储能技术研究的发展现状[J]. 蒋书运,卫海岗,沈祖培. 太阳能学报. 2000(04)
本文编号：3171817
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/jixiegongcheng/3171817.html
