学位论文 > 优秀研究生学位论文题录展示

7KW级PEMFC电力变换及控制系统设计

作　者: 古云蛟
导　师: 朱新坚
学　校: 上海交通大学
专　业: 动力机械及工程
关键词: PEMFC 建模仿真 同步Buck变换器 平均电流控制 DSP
分类号: TM46
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
下　载: 25次
引　用: 0次
阅　读: 论文下载
 

内容摘要


当今世界的能源危机与环境污染两大问题使人们越来越清醒的认识到开发新能源的重要性。质子交换膜燃料电池(PEMFC)因其清洁高效等诸多优点，受到各界的广泛关注。但是，由于PEMFC是一种非线性、多输入、强耦合的复杂系统，其输出电压具有不稳定性与多变性，使得在实际应用中必须对其输出的电能进行控制，这就需要对PEMFC发电系统进行相应的电力变换及控制系统设计，以匹配不同负载的需求。本文针对一个7KW功率级的PEMFC设计其相应的电力变换及控制系统，包括主电路DC-DC变换器的设计与控制电路的设计，主要做了以下几个方面的工作：(1)基于PEMFC的电化学模型，在Matlab/Simulink环境中建立7KW级PEMFC的仿真模型，通过实验数据验证了仿真模型的有效性与可操作性。基于PEMFC模型分析了温度压力等参数对PEMFC的输出电气特性的影响，为相应电力变换系统设计提供模型参考。(2)介绍了常用DC-DC变换器，根据PEMFC的输出特性以及设计要求，选用了同步Buck变换器作为主电路，分析了其工作原理并对其元件参数进行了设计，并基于SimPowerSystems建立了变换器开环仿真模型，通过仿真验证了设计的合理性。(3)对同步Buck变换器进行闭环的控制设计，采用电压电流双闭环的平均电流控制模式，并使用数字增量式PI校正调节。通过建立同步Buck变换器的小信号模型，基于Simulink对其PI控制参数进行了设计。最后在Simulink环境中，将PEMFC仿真模型作为电源，和同步Buck变换器模型进行联合建模，并为变换器添加双闭环控制，基于仿真验证了电压电流双闭环控制的有效性。(4)基于TMS320LF2407DSP芯片，完成了对变换器硬件的选型设计与相应控制软件设计。硬件则主要包括采样电路、驱动电路、通信电路等设计，软件则基于DSP实时监控，在程序中实现变换器稳压控制及相关的保护功能。最后制成试验样机，通过测试验证了设计的正确性。

全文目录


摘要  5-7
ABSTRACT  7-11
第1章 绪论  11-25
  1.1 概述  11-12
  1.2 燃料电池简介  12-14
    1.2.1 燃料电池的基本原理  12-13
    1.2.2 燃料电池的分类  13-14
  1.3 PEMFC 简介  14-17
    1.3.1 PEMFC 工作原理  14-15
    1.3.2 PEMFC 应用前景  15-17
  1.4 PEMFC 发电系统  17-19
    1.4.1 燃料电池电堆  18
    1.4.2 热管理系统  18
    1.4.3 电力变换系统  18
    1.4.4 控制系统  18-19
  1.5 PEMFC 发电系统国内外研究情况  19-23
    1.5.1 PEMFC 发电系统国外研究情况  19-21
    1.5.2 PEMFC 发电系统国内研究情况  21-23
  1.6 本文研究内容及主要技术路线  23-25
第2章 PEMFC 的建模与仿真  25-44
  2.1 PEMFC 建模  25-32
    2.1.1 模型假设  25-26
    2.1.2 模型建立  26-32
  2.2 PEMFC 仿真  32-36
    2.2.1 Simulink 仿真环境  32-33
    2.2.2 PEMFC 仿真模型  33-36
  2.3 PEMFC 仿真结果分析  36-43
    2.3.1 仿真结果验证  36-37
    2.3.2 仿真结果分析  37-43
  2.4 本章小结  43-44
第3章 7KW PEMFC 的 DC-DC 变换器设计  44-63
  3.1 DC-DC 变换器拓扑结构  44-47
    3.1.1 非隔离型 DC-DC 变换器  44-46
    3.1.2 隔离型 DC-DC 变换器  46-47
  3.2 同步 Buck 变换器工作原理  47-56
    3.2.1 电路工作原理  48-56
  3.3 同步 Buck 变换器参数设计  56-59
    3.3.1 设计要求  56-57
    3.3.2 元件参数设计  57-59
  3.4 同步 Buck 变换器建模仿真  59-62
    3.4.1 仿真环境(SimPowerSystems)  59-60
    3.4.2 模型建立与仿真分析  60-62
  3.5 本章小结  62-63
第4章 7KW PEMFC DC-DC 变换器的控制策略  63-80
  4.1 同步 Buck 变换器的控制方式  63-67
    4.1.1 电压型单环控制  63-64
    4.1.2 电压型双环控制  64-65
    4.1.3 电流型控制方式  65-67
  4.2 PID 控制算法  67-72
    4.2.1 模拟 PID 控制原理  68-70
    4.2.2 数字 PID 控制原理  70-72
  4.3 同步 Buck 变换器的控制设计  72-77
    4.3.1 同步 Buck 变换器小信号建模  73-75
    4.3.2 PID 控制器设计  75-77
  4.4 控制系统设计仿真验证  77-79
  4.5 本章小结  79-80
第5章 DC-DC 变换器硬件及控制软件设计  80-94
  5.1 基于 DSP 控制的同步 Buck 变换器系统  80-81
  5.2 DSP 控制芯片  81-84
    5.2.1 事件管理器(EV)  82-83
    5.2.2 模数转换器(ADC)  83
    5.2.3 串口通信(SCI)  83-84
  5.3 变换器硬件设计  84-88
    5.3.1 霍尔电压电流检测传感器  84-85
    5.3.2 信号调理电路  85-86
    5.3.3 IGBT 门极驱动电路  86-87
    5.3.4 温度传感器  87
    5.3.5 RS232 串口通信电路  87-88
  5.4 变换器软件设计  88-90
    5.4.1 软件开发环境  88
    5.4.2 软件程序设计  88-90
  5.5 变换器样机测试与实验结果  90-93
    5.5.1 变换器性能测试  90-91
    5.5.2 实验结果与分析  91-93
  5.6 本章小结  93-94
第6章 总结与展望  94-96
参考文献  96-99
致谢  99-100
攻读硕士学位期间已发表或录用的论文  100

相似论文

  1. 水平井牵引器机构分析和建模仿真技术研究,P631.83
  2. 电子提花编织机电控系统设计,TS183
  3. 基于DSP的集成光栅细分数显装置的研制,TH822
  4. 基于DSP的任意次谐波发生器的设计,TM935
  5. 二维人体心室心肌缺血模型中的折返波仿真研究,R318.0
  6. AES算法及其DSP实现,TN918.1
  7. 基于DSP的机器人语音命令识别系统研制,TN912.34
  8. 相位法激光测距仪信号接收系统研究,TN249
  9. 基于DSP的OFDM系统中的信道估计技术实现研究,TN919.3
  10. 电视制导系统中视频图像压缩优化设计及实现研究,TN919.81
  11. 基于小波变换的语音信号去噪及其DSP算法实现,TN912.3
  12. 基于TMS320C6713的SPIHT图像压缩算法研究及实现,TP391.41
  13. 基于DSP的三维测头数据采集处理系统的研制,TP274.2
  14. 基于DSP的VXI总线通用接口板研制,TP274
  15. 基于DSP的水声信号采集系统研究,TP274.2
  16. 基于DSP的单频激光实时信号解调方法研究,TN911.3
  17. 电子膨胀阀数字控制系统设计及其流量特性实验研究,TH134
  18. 某特种运输车辆液压系统仿真研究,U463
  19. FC+TCR型静止无功补偿装置的研究,TM761.1
  20. 基于DSP的永磁同步电机控制系统的设计与实现,TM341
  21. 轧机弯辊控制系统建模与仿真软件开发,TG334.9

中图分类: > 工业技术 > 电工技术 > 变压器、变流器及电抗器 > 变流器
© 2012 www.xueweilunwen.com