本文關(guān)鍵詞：衛(wèi)星大力矩飛輪電機雙向逆變電源研究

  更多相關(guān)文章： 能量管理 大力矩飛輪電機 超級電容 雙向DC/DC變換器 PID調(diào)節(jié)

【摘要】：在衛(wèi)星運行過程中,對發(fā)生事件的熱點地區(qū)監(jiān)控需要衛(wèi)星姿態(tài)的快速調(diào)整。衛(wèi)星姿態(tài)的快速調(diào)整需要飛輪速度快速轉(zhuǎn)變,衛(wèi)星電源系統(tǒng)需要提供較大的瞬時功率,但衛(wèi)星空間體積較小,電池容量有限,傳統(tǒng)衛(wèi)星電源系統(tǒng)是無法滿足大力矩飛輪加速的要求。超級電容具有功率密度高和瞬時功率大的優(yōu)點,彌補了空間電池的上述缺點,在文中的傳統(tǒng)衛(wèi)星電源系統(tǒng)中加入超級電容后可滿足負荷功率變化較大需求。本文通過仿真,研究傳統(tǒng)衛(wèi)星電源系統(tǒng)依次加入大力矩飛輪和超級電容后的影響,并進行對基于超級電容的雙向DC/DC變換器軟硬件設(shè)計。首先,本文使用MATLAB軟件建立衛(wèi)星電源管理仿真系統(tǒng),研究傳統(tǒng)衛(wèi)星電源系統(tǒng)加入大力矩飛輪后對系統(tǒng)運行產(chǎn)生的影響。第一,建立模擬光伏發(fā)電組件、鋰電池組件和一般交流負荷組成的傳統(tǒng)衛(wèi)星電源系統(tǒng)模型,分析系統(tǒng)加入雙向流動大功率力矩飛輪后的系統(tǒng)直流母線電壓變化,判斷系統(tǒng)是否能穩(wěn)定運行;第二,分析電源系統(tǒng)加入超級電容對系統(tǒng)性能改善。第三,使用不同初始容量的鋰電池和超級電容系統(tǒng)進行仿真,結(jié)果顯示當超級電容容量較高、鋰電池容量較低時,系統(tǒng)比其他初始狀態(tài)運行更為穩(wěn)定,利用該結(jié)果確定了功率分配的具體參數(shù),并且當連接超級電容組件的雙向DC/DC變換器具有較快的PID調(diào)節(jié)速度時,電源系統(tǒng)能穩(wěn)定運行。其次,上述系統(tǒng)仿真結(jié)果分析可知連接超級電容的雙向DC/DC變換器調(diào)節(jié)速率,對電源系統(tǒng)的穩(wěn)定運行起到至關(guān)重要作用,因此硬件系統(tǒng)設(shè)計主要以3kW雙向DC/DC變換器和超級電容均壓電路硬件設(shè)計為主,并介紹關(guān)鍵部分的硬件設(shè)計和軟件流程,以及CAN串口通信規(guī)約。最終雙向DC/DC變換器與超級電容組件加在一起的重量只有3Kg左右。最后,本文介紹電源系統(tǒng)的實驗設(shè)備和實驗內(nèi)容,并記錄超級電容不同放電功率下的數(shù)據(jù);繪制相應(yīng)的放電曲線和超級電容端電壓曲線,曲線結(jié)果顯示雙向DC/DC變換器具有高精度、高效率、瞬時功率大及重量輕的特點;利用快速的PID調(diào)節(jié)與實時通信控制變換器的輸出功率,使衛(wèi)星電源系統(tǒng)穩(wěn)定連續(xù)運行。該設(shè)計解決了電源系統(tǒng)中瞬時功率變化大的問題,以上研究在工程應(yīng)用中具實際意義。
【關(guān)鍵詞】：能量管理 大力矩飛輪電機 超級電容 雙向DC/DC變換器 PID調(diào)節(jié)
【學位授予單位】：杭州電子科技大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：V442
【目錄】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 第1章 概論10-16
• 1.1 研究背景及意義10-11
• 1.2 國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀11-15
• 1.2.1 超級電容及其充放電特性11-12
• 1.2.2 鋰電池及其充放電特性12
• 1.2.3 雙向DC/DC變換器12-13
• 1.2.4 飛輪儲能技術(shù)研究現(xiàn)狀13-14
• 1.2.5 衛(wèi)星電源研究現(xiàn)狀14-15
• 1.3 論文主要內(nèi)容15-16
• 第2章 衛(wèi)星電源管理系統(tǒng)建模與控制16-44
• 2.1 超級電容單元16-18
• 2.2 鋰電池單元18-20
• 2.3 光伏發(fā)電單元20-22
• 2.4 雙向DC/DC變換器22-23
• 2.5 飛輪力矩電機23-24
• 2.6 能量管理分析24-28
• 2.6.1 運行狀態(tài)判斷流程24-25
• 2.6.2 各發(fā)電單元控制參數(shù)25-26
• 2.6.3 系統(tǒng)保護標志位26-27
• 2.6.4 功率分配策略27-28
• 2.7 衛(wèi)星電源仿真系統(tǒng)28-31
• 2.7.1 電源仿真系統(tǒng)概括28-29
• 2.7.2 電源系統(tǒng)控制、保護與負荷模塊29-31
• 2.8 仿真流程與仿真結(jié)果分析31-43
• 2.8.1 電源系統(tǒng)仿真流程31
• 2.8.2 傳統(tǒng)衛(wèi)星電源系統(tǒng)加入力矩電機31-34
• 2.8.3 傳統(tǒng)衛(wèi)星電源系統(tǒng)加入超級電容34-36
• 2.8.4 衛(wèi)星電源系統(tǒng)整體運行36-43
• 2.9 本章總結(jié)43-44
• 第3章 衛(wèi)星電源系統(tǒng)硬件與軟件設(shè)計44-56
• 3.1 超級電容與雙向DC/DC變換器設(shè)計難點44-45
• 3.2 難點解決方案45-47
• 3.2.1 能耗型均壓電路45
• 3.2.2 升降壓電路的設(shè)計45-46
• 3.2.3 PID調(diào)節(jié)穩(wěn)定輸出電壓46
• 3.2.4 超級電容充電方式46-47
• 3.3 雙向DC/DC變換器電路設(shè)計47-52
• 3.3.1 主拓撲結(jié)構(gòu)47-49
• 3.3.2 電壓與電流檢測電路49
• 3.3.3 電源與保護電路49-51
• 3.3.4 超級電均衡電路51-52
• 3.4 雙向DC/DC變換器軟件設(shè)計52-55
• 3.4.1 主程序52-53
• 3.4.2 定時器T053-54
• 3.4.3 CAN串口通信54-55
• 3.5 本章總結(jié)55-56
• 第4章 衛(wèi)星電源系統(tǒng)測試與誤差分析56-67
• 4.1 系統(tǒng)相關(guān)測試軟件與測試操作步驟56-59
• 4.1.1 測試軟件與程序流程介紹56-57
• 4.1.2 電源系統(tǒng)的測試流程、測試器件實驗內(nèi)容介紹57-58
• 4.1.3 電源系統(tǒng)實驗內(nèi)容介紹58-59
• 4.2 電源系統(tǒng)測試結(jié)果分析59-66
• 4.2.1 放電實驗分析59-63
• 4.2.2 模擬大力矩飛輪放制動饋電實驗63-64
• 4.2.3 負荷變化實驗分析64-66
• 4.3 本章總結(jié)66-67
• 第5章 總結(jié)與展望67-69
• 參考文獻69-72
• 致謝72-73
• 附錄 作者在讀期間發(fā)表的學術(shù)論文及參加的科研項目73

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