基于FPGA的微小卫星电源系统MPPT控制方法研究

摘要

电源系统作为微小卫星的核心系统，对微小卫星的发展起着至关重要的作用，它的高集成度、高效率以及高可靠性一直是研究的热点问题，最大功率点跟踪(Maximum Power Point Tracking-MPPT)技术可以明显地提高太阳能电池阵列输出功率的利用率，因此，本文针对微小卫星电源系统的MPPT问题进行研究。
　　针对目前在工程中最常用的扰动观察法的缺陷，本文提出了改进的变步长扰动观察法，搭建光伏阵列Simulink仿真平台，对两种MPPT算法进行仿真，验证了变步长的方法能快速准确地跟踪到最大功率点。选用Superboost拓扑结构作为DC-DC变换器，利用平均元件法和状态空间平均法建立其小信号模型。为了使系统获得良好的动态性和稳定性，本文采用全调整母线的双环开关调节系统，仿真结果证明，该系统的相角裕度满足航天电源的要求。
　　FPGA由于其灵活、可靠及丰富的输入输出端口等优点成为数字电源的核心，本设计提出了基于FPGA的数字电源控制方案，并对各个模块进行功能时序仿真验证，该模块化设计有利于数字电源的扩展和升级。利用Quartus II软件，对控制器进行RTL(Register-Transfer Level)级设计。
　　基于所设计的数字电源控制器，搭建了MPPT的硬件平台，以Superboost变换器作为实现 MPPT控制的主功率电路。采用改进的扰动观察法进行实验，结果表明，该方法跟踪最大功率点的精度达到99.281％，验证了该方法的可行性。

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第1章 绪 论

1.1 课题研究背景及意义

1.2微小卫星电源系统现状分析

1.3 本文的主要研究内容

第2章 微小卫星电源系统MPPT技术

2.1 最大功率点跟踪的原理

2.2 MPPT算法

2.3 本章小结

第3章 调整母线的双环开关调节系统的设计

3.1开关调节系统的设计思路

3.2 小信号建模

3.3 MPPT控制策略中被控对象的选取

3.4双环开关调节系统的结构

3.5全调整母线的双环开关调节系统的仿真

3.6 本章小结

第4章 基于FPGA的控制器设计

4.1 FPGA概述

4.2控制器的总体设计方案

4.3 FPGA的内部框架

4.4本章小结

第5章 硬件电路设计及实验结果

5.1 外围硬件电路的实现

5.2 实验结果及分析

5.3 本章小结

结论

参考文献

声明

致谢