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汽车热电发电系统模型及控制研究

作　者: 傅娇娇
导　师: 袁义生
学　校: 华东交通大学
专　业: 电力电子及电力传动
关键词: 热电发电器件数学模型无缝传递 DSP
分类号: TM619
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

现今世界环境面临着巨大的压力，而汽车尾气的排放造成的空气污染，加剧了问题的恶化。由于半导体技术的兴起，人们逐渐开始研究汽车尾气废热的回收工作。本文即是在这个背景下展开的。汽车尾气经过热电发电器件后，产生不规律的电能输出，后级的DC-DC变化器将此电能转化为稳定的电压源对蓄电池进行供电。本文主要完成了汽车热电发电系统的模型分析及控制系统的设计工作。首先，利用热力学第一定律及相关知识，建立热电发电装置的等效模型并进一步简化。分别分析了系统的稳态特性和动态特性，求导热电装置中各个量之间的数学关系，并将模型进行仿真。建立一个小型热电装置进行试验，验证了理论分析的正确性。其次，设计基于buck-boost级联电路的无缝式传递最大功率点跟踪控制器，该控制器采用功率调节系统，使热电发电装置在匹配汽车电池电压，改变输出功率和汽车负载时达到功率传输最大化。当汽车电池充电完全时,该控制器转换成一种功率匹配模式。通过检测buck-boost级联电路的输入电压、输入电流及输出电压匹配不同的工作模式进行相应调整。最后，搭建系统变流器的实验平台，基于DSP控制芯片TMS320X2812编写控制程序，实验实现了功率点的无缝传递。

全文目录

摘要  4-5
ABSTRACT  5-8
第一章绪论  8-14
  1.1 课题的研究背景  8-9
  1.2 国内外汽车热电发电装置的研究现状  9-12
    1.2.1 热电发电技术的发展状况  9-10
    1.2.2 热电技术在汽车领域的应用  10
    1.2.3 热电变流器的研究现状  10-12
  1.3 本文的研究意义和研究内容  12-14
    1.3.1 本课题的研究意义  12
    1.3.2 本文的研究内容  12-14
第二章热电发电系统的特性分析  14-38
  2.1 热电发电系统概述  14-20
    2.1.1 汽车尾气热流量的特性  14-15
    2.1.2 热电发电器件的特性  15-18
    2.1.3 buck-boost 级联变换器的工作方式  18-20
    2.1.4 热电系统负载的特性  20
  2.2 热电发电装置的完整模型  20-28
    2.2.1 热力学基本原理  21-24
    2.2.2 平板散热片的等效模型  24-25
    2.2.3 热电发电器件的模型  25-26
    2.2.4 热电发电装置的完整模型分析  26-28
  2.3 热电系统的简化模型  28-29
  2.4 热电发电模型的稳态特性  29-33
    2.4.1 稳态模型的数学分析  29-32
    2.4.2 稳态模型的实验验证  32-33
  2.5 热电模块的动态特性  33-37
    2.5.1 动态模型分析  34
    2.5.2 动态模型的仿真与试验验证  34-37
  2.6 结论  37-38
第三章热电装置的控制系统  38-61
  3.1 最大功率跟踪算法  38-42
    3.1.1 电导增量法  39-40
    3.1.2 恒压跟踪法  40-41
    3.1.3 扰动观察法及其工作流程图  41-42
  3.2 功率匹配算法  42-43
  3.3 变流器工作模式切换  43-45
  3.4 输入电压扰动下的 PI 参数设计  45-53
    3.4.1 平均电流法控制框图  46-47
    3.4.2 频域设计的步骤  47-49
    3.4.3 PI 参数设计  49-53
  3.5 直接占空比扰动  53-55
  3.6 无缝式传递最大功率点及其实验  55-60
  3.7 结论  60-61
第四章系统软体结构  61-64
  4.1 基于 TMS320X2812 的 DSP 相关知识  61-63
  4.2 系统软件设计  63-64
第五章全文总结与展望  64-66
  5.1 本文完成的工作  64
  5.2 后期工作展望  64-66
参考文献  66-69
个人简历在读期间发表的学术论文  69-70
致谢  70

汽车热电发电系统模型及控制研究

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