太阳能割草机总体及动力能源系统设计与控制技术研究

论文摘要

本文主要对太阳能割草机总体及动力能源系统进行研究,包括太阳能割草机总体结构设计、动力能源系统控制策略分析以及控制系统的软硬件设计等方面的内容。首先分析了太阳能电池、蓄电池和电机的特点和类型,通过匹配计算选择适合太阳能割草机的动力元件。基于以上的计算和分析,对割草机的关键部件和总体进行了设计,其中关键部件的设计包括高度调节机构、太阳能电池板展开机构以及传动机构等的设计,总体设计主要对割草机各元件进行整体分布设计,并最终确定割草机整体的技术参数。其次,本文对太阳能割草机动力能源系统的控制策略进行分析。通过对比分析目前对太阳能电池最大功率跟踪的各种方法,针对太阳能电池充电特性,提出模糊控制算法,实现太阳能电池的最大功率跟踪;在蓄电池充电控制方面,本文提出分段式恒流充电的方法,采用模糊控制算法实现蓄电池的智能充电;在电机驱动控制方面,采用调节占空比PWM算法的控制策略。最后,对动力能源系统进行软硬件的设计,主要包括电池管理模块、电机驱动模块以及其他模块的设计,并通过系统总控制器来对这些模块的管理和控制。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 课题研究的背景和意义
• 1.2 太阳能割草机的发展概况
• 1.2.1 草坪割草机的发展概述
• 1.2.2 太阳能割草机国内外研究现状
• 1.3 太阳能割草机动力能源系统研究所需的相关技术
• 1.3.1 光电转换技术
• 1.3.2 最大功率跟踪技术
• 1.3.3 蓄电池充放电技术
• 1.3.4 车体结构
• 1.3.5 电机驱动技术
• 1.3.6 能量管理系统
• 1.4 本论文研究的主要内容
• 2 太阳能割草机动力能源系统的基本构成
• 2.1 太阳能割草机动力能源系统的基本结构
• 2.2 相关技术概述及动力元件的选择
• 2.2.1 太阳能电池
• 2.2.2 太阳能电池最大功率点跟踪
• 2.2.3 蓄电池及其管理系统
• 2.2.4 电机及其控制系统
• 2.3 本章小结
• 3 太阳能割草机的总体设计
• 3.1 太阳能割草机动力能源系统的设计计算
• 3.1.1 太阳能割草机动力能源系统的设计要求
• 3.1.2 割草机需用功率及电机参数的确定
• 3.1.3 太阳能割草机能源系统参数匹配计算
• 3.2 关键部件的结构设计
• 3.2.1 割草高度调节机构的设计
• 3.2.2 太阳能电池组件展开机构的设计
• 3.2.3 蓄电池组固定和冷却结构的设计
• 3.2.4 太阳能割草机车体传动机构的设计
• 3.3 太阳能割草机总体布局及技术参数
• 3.3.1 总体布局
• 3.3.2 太阳能割草机的技术参数
• 3.4 本章小结
• 4 太阳能割草机动力能源系统控制的策略分析
• 4.1 太阳能电池峰值功率跟踪控制策略分析
• 4.1.1 模糊控制的基本原理
• 4.1.2 最大功率跟踪的模糊设计
• 4.1.3 输入输出变量的模糊化的确定
• 4.1.4 模糊控制规则的建立
• 4.1.5 模糊输出量的反模糊设计
• 4.2 蓄电池的充电控制策略分析
• 4.2.1 蓄电池充电的基本过程
• 4.2.2 本系统采用充电控制策略
• 4.2.3 智能充电模糊控制的设计
• 4.3 电机驱动控制策略分析
• 4.3.1 无刷直流电机的原理和特性
• 4.3.2 无刷直流电机的控制原理
• 4.3.3 本系统电机采用的控制策略
• 4.4 本章小结
• 5 太阳能割草机动力能源控制系统的设计
• 5.1 系统的总体结构模型
• 5.2 电池管理模块的设计
• 5.2.1 电池管理模块的总体结构
• 5.2.2 电池管理模块硬件电路的设计
• 5.2.3 电池管理模块软件的设计
• 5.3 电机驱动控制模块的设计
• 5.3.1 电机驱动芯片LM621简介
• 5.3.2 基于LM621电机驱动模块硬件电路的设计
• 5.3.3 电机控制系统软件的设计
• 5.4 太阳能割草机动力能源系统总控制器的设计
• 5.4.1 C8051F020简介
• 5.4.2 总控制芯片与各模块接口电路的设计
• 5.5 本章小结
• 6 总结和展望
• 6.1 总结
• 6.2 工作展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录