车用混合励磁发电机控制器的设计

摘要

随着汽车普及，汽车产业已成为国家重点产业，发电机作为汽车核心之一，如何设计一款高效的发电机控制器也一直倍受研究人员的关注。汽车发电机的主要功能是在汽车发动机正常运转时，向汽车的蓄电池进行充电，达到能量回馈的效果，而存储到蓄电池中的能量可以供给汽车上用电设备如空调、照明系统等使用。目前市场上所有的车用发电机都为交流发电机，在变速、变频的环境下，往往会出现不能达到给电池完全充电的效果，因此本文提出采用混合励磁发电机来设计一款控制器，以此来提高车用发电系统的稳定性、可靠性以及自适应性。 本课题首先介绍了当前车用混合励磁发电机及其控制器的研究现状，并对不同车用发电机进行相应对比。接下来分析了混合励磁发电机的发电原理以及相关控制器的工作模式，对混合励磁发电机的数学模型进行介绍以了解混合励磁发电机的运行模式，确定出车用混合励磁发电机控制器的设计思想及其控制策略。然后从提高发电机发电效率的目的出发，对控制进行硬件设计，基于总体结构图，选用型号为IRFY044C的MOS管来设计励磁电路，达到控制发电机发电电压的效果，为了防止MOS管因过流损坏，设计MOS管的保护电路；选用型号为IR2110驱动器器件来实现对MOS管的驱动，利用半桥驱动电路实现驱动电路的设计；为了实现对运算放大器的供电，利用稳压器LM7809和LM7805实现电源电路的设计，随后为了能够对混合励磁发电机的电压和电流进行检测以及对电路的保护，实现采样电路和保护电路的设计。 最后，选择dsPIC30f6010a单片机作为发电机控制芯片，基于课题所确定出的发电机控制策略和混合励磁发电机的数学模型，对混合励磁发电机控制器进行软件设计，绘制出PCB板，并对控制器进行一系列相关实验，对混合励磁发电机控制器进行优化，实现控制。实验表明，控制器采用选定的控制策略以及调整后的的励磁电流参数,可以防止电机转矩脉动，在选定合适的数据比例后，充分利用混合励磁发电机自身的特性，加快了充电时间。课题设计的混合励磁发电机控制器具有好的调节能力，提高了系统效率，更好的实现了控制器的控制功能。

目录

声明

1 绪论

1.1 课题研究背景及意义

1.2 课题的国内外研究动态

1.2.1 国内研究动态

1.2.2 国外研究动态

1.3 本文主要研究内容

2 混合励磁发电机工作原理及控制策略

2.1 混合励磁发电机的结构及系统工作原理

2.1.1 混合励磁发电机的结构

2.1.2 混合励磁发电机发电原理

2.2 混合励磁发电机数学模型

2.3 混合励磁发电机控制器设计思想

2.4 发电机控制器控制策略

2.4.1 励磁控制策略

2.4.2 本系统控制策略

2.3 本章总结

3 混合励磁发电机控制器硬件设计

3.1 控制器总体结构及基本电路

3.1.1 控制器总体结构

3.1.2 控制器基本电路设计

3.2 励磁电路设计

3.2.1 励磁电路方案选择

3.2.2 励磁电路器件选择

3.2.3 驱动电路设计

3.3 电源电路设计

3.4 整流电路的设计

3.5 采样电路和保护电路的设计

3.5.1 电流和电压采样电路的设计

3.5.2 电流和电压保护电路的设计

3.6 dsPIC30f6010a单片机介绍

3.7 本章总结

4 控制器软件设计

4.1 dsPIC30f6010a单片机开发环境介绍及编程思想介绍

4.1.1 dsPIC30f6010a单片机开发环境介绍及应用

4.1.2 程序设计基本思想

4.2 控制器软件子程序设计

4.2.1 电压和电流采样模块子程序设计

4.2.2 测速模块子程序设计

4.2.3 PWM调节模块子程序设计

4.3 控制器软件主程序设计

4.4 本章总结

5 混合励磁发电机控制器评测实验

5.1 混合励磁发电机控制器PCB图

5.2 混合励磁发电机控制器相关实验

5.2.1 不加励磁时混合励磁发电机控制器实验

5.2.2 恒定转速发电时混合励磁发电机控制器实验

5.2.3 恒压发电时混合励磁发电机控制器实验

5.2.4 混合励磁发电机控制器负载实验

5.3 本章总结

结论

参 考 文 献

附录A 硬件电路设计图

附录B 控制器主要程序代码

致 谢

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