蓄电池水冷系统智能温度控制系统研制

论文摘要

在现代化战争中，不管是核动力舰艇还是常规动力舰艇在作战中的地位越来越重要，动力系统直接关系着舰艇的性能及作战运动能力，铅酸蓄电池为舰艇水下航行、武器发射、艇上用电提供动力，是其重要的组成部分。蓄电池性能的好坏直接影响艇上的所有工作，影响战斗机动，因此正确使用蓄电池、改善使用条件、延长其使用寿命，具有重要的战略意义。由于蓄电池的工作特性，在较高温度下进行大电流放电可以获得较高容量；但若电解液温度太高，不但不能提高蓄电池的容量，反而会使蓄电池的容量和使用寿命受到很大的限制。蓄电池在充放电过程中要产生大量的热使电解液温度不断升高，当电解液温度上升到一定值时，必须对其冷却，保证蓄电池的最佳工作状态。为此，舰艇上需要安装专门的冷却系统。本文论述了铅酸蓄电池水冷系统的工作机理，用海水冷却蒸馏水，蒸馏水流经电池舱冷却蓄电池，根据水冷系统的具体要求提出了温度智能控制系统的总体设计方案，研制以单片机ATmega128为核心的控制系统，并给出了系统硬件和软件设计。ATmega128单片机内部集成ADC，有标准串行接口，简化了外围电路的设计；系统采用大容量串行flash存储器AT45DB321作为存储介质，结合时钟芯片PCF8563，对实时时间和采集温度信息进行监测和记录，并可以通过RS-485串行通信传至上位机。由于铅酸蓄电池机理复杂，水冷系统具有明显的非线性、滞后性和模型不确定性，采用BP神经网络对蓄电池温度进行仿真研究建立网络模型，反映温度变化趋势；将模糊控制算法引入蓄电池温度水冷系统构成智能控制系统，利用模糊自适应整定PID控制器在线调整控制参数，提高其控制效果。本文详细介绍了硬件系统的设计，分别包括控制核心电路设计、温度采集及补偿模块、数据存储模块、实时时钟模块、按键显示模块、RS-485串行通信模块、控制输出模块，并在此基础上，详细介绍了整个系统各部分的软硬件开发过程。实验结果表明，经过系统的软硬件调试，设计的蓄电池水冷系统智能温度控制系统性能稳定，达到应用要求。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 课题的研究背景
• 1.3 舰艇对蓄电池的要求
• 1.4 蓄电池环境温度对电解液密度影响分析
• 1.5 冷却水管路系统分析
• 1.6 本课题的主要研究内容
• 第2章 铅酸蓄电池充放电温度模型的建立
• 2.1 铅酸蓄电池的电化学基础
• 2.1.1 铅酸蓄电池的电池反应
• 2.1.2 铅酸蓄电池的内阻
• 2.1.3 蓄电池温度分析
• 2.2 神经网络充放电温度模型
• 2.2.1 人工神经网络
• 2.2.2 BP 网络模型结构
• 2.2.3 神经网络工具箱
• 2.2.4 BP 网络的基本算法
• 2.2.5 Levernberg-Marquart 算法的具体迭代过程
• 2.3 铅酸蓄电池充放电温度模型的建立
• 2.3.1 铅酸蓄电池充电模型的建立
• 2.3.2 铅酸蓄电池放电模型的建立
• 2.4 本章小结
• 第3章 模糊自适应整定 PID 控制方法
• 3.1 智能控制
• 3.2 模糊控制
• 3.2.1 模糊控制概况
• 3.2.2 模糊控制器的基本结构与组成
• 3.2.3 模糊条件句与模糊控制规则
• 3.4 模糊自适应整定 PID 控制器设计
• 3.4.1 模糊自适应整定 PID 控制原理
• 3.4.2 模糊自适应整定 PID 控制器结构
• 3.4.3 输入、输出模糊集及其论域确定
• 3.4.4 模糊语言隶属函数的确定
• 3.4.5 模糊控制规则及规则表的确定
• 3.4.6 模糊推理及解模糊化
• 3.5 本章小结
• 第4章 智能水冷控制系统硬件设计
• 4.1 智能水冷控制系统总体设计
• 4.2 控制核心电路设计
• 4.3 温度采集与补偿电路
• 4.4 外扩 EEPROM 电路设计
• 4.5 实时时钟电路设计
• 4.6 键盘与显示电路设计
• 4.6.1 按键设计
• 4.6.2 显示设计
• 4.7 控制输出电路设计
• 4.8 RS485 通信接口设计
• 4.9 电源电路设计
• 4.10 本章小结
• 第5章 智能水冷控制系统软件设计
• 5.1 软件总体设计
• 5.2 数据采集、处理和存储软件设计
• 5.3 实时时钟软件设计
• 5.4 键盘显示软件设计
• 5.4.1 键盘软件设计
• 5.4.2 显示软件设计
• 5.5 通信接口软件设计
• 5.6 模糊自适应整定 PID 软件设计
• 5.7 本章小结
• 第6章 系统调试及问题解决
• 6.1 ATmega128 系统调试
• 6.1.1 串行通信调试
• 6.1.2 整机调试
• 6.2 防干扰措施
• 6.3 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文和参加科研情况
• 致谢
• 附录