自由活塞式斯特林发电机控制系统的研究

摘要

在航天电源中，自由活塞斯特林发动机(Free Piston Stirling Engine，FPSE)因其燃料来源广，噪音低，污染少，效率高等优点，越来越受到人们的关注。FPSE发电系统由FPSE和单相永磁直线振荡电机两部分组成，此系统省去了曲轴连杆机构，具有效率高，运转特性好，结构简单等优点。因此，本文所研究的应用于此系统的控制器具有重要的现实意义。本论文从以下几个方面对FPSE发电机控制系统进行详细研究：
　　首先，对FPSE发电系统的工作原理进行分析，分别建立FPSE的动力学模型和单相永磁直线振荡电机的数学模型，并根据其数学模型在Matlab/Simulink软件中建立其仿真模型，根据FPSE和永磁直线电机参数对其仿真模型进行验证，为控制系统的研究提供理论依据。
　　其次，对FPSE发电机不同工作阶段的控制策略进行研究。在FPSE发电机的起动阶段和发电阶段都采用行程、电流控制，并研究了基于反电势自传感位置检测的基本原理及改进方法，在Matlab/Simulink软件中建立FPSE发电机控制系统的仿真模型，对整体系统进行仿真验证，仿真结果验证了控制策略和位置估算算法的可行性。
　　再次，对FPSE发电机控制系统硬件和软件进行设计。其中主控制器采用TI公司的DSP TMS320F2812，位置检测采用自传感技术，即根据电机自身的电磁关系估算出动子位置，此方法具有可靠性高、成本低及易于维修等优点。
　　最后，搭建实验平台，对系统进行实验。用三相直线电机代替FPSE作为原动机，分别验证了电动阶段和发电阶段控制策略的可行性。给出了实验测试数据及波形并对其进行分析及处理，实验表明本文研究的控制器能够基本达到预期要求。

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第1章 绪 论

1. 1 课题背景及意义

1. 2 斯特林发电系统的研究现状

1. 3 本文的主要研究内容

第2章 FPSE发电机的模型分析

2. 1 引言

2.2 FPSE的模型分析

2. 3单相永磁直线振荡电机的模型分析

2.4 FPSE发电机的仿真分析

2. 5 本章小结

第3章 单相永磁直线振荡电机控制系统的研究

3. 1 引言

3. 2 单相永磁直线振荡电机控制策略的研究

3. 3 动子位置估算算法研究

3. 4 单相永磁直线振荡电机控制系统的仿真分析

3. 5 本章小结

第4章 单相永磁直线振荡电机控制系统软硬件设计

4. 1 引言

4. 2 单相永磁直线振荡电机控制系统的硬件设计

4. 3 单相永磁直线振荡电机控制系统的软件设计

4. 4 本章小结

第5章 实验结果及分析

5. 1 引言

5. 2 实验平台

5. 3 实验结果及分析

5. 4 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果

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