本科畢業(yè)設(shè)計(jì)題目汽車節(jié)能超高速飛輪控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)專業(yè)班級車輛工程081班學(xué)號07047119學(xué)生姓名王雷指導(dǎo)教師王玉新2012年6月18日中國石油大學(xué)（華東）本科畢業(yè)設(shè)計(jì)汽車節(jié)能超高速飛輪控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)摘要本課題主要通過研究超高速飛輪的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)，在國內(nèi)外現(xiàn)有控制技術(shù)的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)超高速飛輪的具體工作過程。在汽車行駛過程中，控制系統(tǒng)要實(shí)現(xiàn)超高頻驅(qū)動電機(jī)控制飛輪的能量釋放過程，制動能量的回收過程；壓力檢測以及溫度檢測。主要基于51單片機(jī)的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)，包括超高頻驅(qū)動電機(jī)的SPWM調(diào)速控制，真空泵壓力檢測控制，溫度檢測控制等具體內(nèi)容，而超高速飛輪工作的整個控制過程需要有調(diào)速電路，壓力檢測電路，和溫度檢測電路等去實(shí)現(xiàn)相關(guān)的控制，針對每個控制過程編寫控制程序，根據(jù)程序結(jié)合仿真軟件實(shí)現(xiàn)各個部分的51單片機(jī)仿真過程。超高速飛輪的控制實(shí)現(xiàn)了整個系統(tǒng)的工作過程，利用飛輪釋放能量來減少汽車發(fā)動機(jī)的功率輸出和汽車制動過程中利用飛輪回收制動能量，使得汽車行駛過程中達(dá)到了節(jié)能減排的目的，所以超高速飛輪在汽車中的應(yīng)用將是未來的一個主要發(fā)展方向。關(guān)鍵詞關(guān)鍵詞關(guān)鍵詞關(guān)鍵詞超高速飛輪；控制系統(tǒng)；電路；單片機(jī)仿真中國石油大學(xué)（華東）本科畢業(yè)設(shè)計(jì)CONTROLSYSTEMDESIGNOFTHEULTRAHIGHSPEEDFLYWHEELSAVINGENERGYFORACARABSTRACTTHISSUBJECTISMAINLYBYSTUDYINGULTRAHIGHSPEEDFLYWHEELCONTROLSYSTEMDESIGN,ONTHEBASISOFTHEDOMESTICANDFOREIGNEXISTINGCONTROLTECHNOLOGY,REALIZINGTHEWORKINGPROCESSOFULTRAHIGHSPEEDFLYWHEELWHENTHECARISRUNNING,THECONTROLSYSTEMREALIZESTHEPROCESSOFHIGHFREQUENCYDRIVEMOTORTOCONTROLFLYWHEELENERGYRELEASING,THEBRAKEENERGYRECOVERY,PRESSUREDETECTIONANDTEMPERATUREDETECTIONMAINLYBASEDON51SINGLECHIPCONTROLSYSTEMDESIGN,INCLUDINGUHFDRIVEMOTORSPWMSPEEDCONTROL,VACUUMPUMPPRESSURECONTROL,TEMPERATUREDETECTIONCONTROLANDSOON,THEWHOLECONTROLPROCESSOFULTRAHIGHSPEEDFLYWHEELWORKNEEDSSPEEDREGULATIONCIRCUIT,APRESSUREDETECTINGCIRCUIT,ANDATEMPERATUREDETECTIONCIRCUITTOREALIZETHERELATEDCONTROL,FOREACHCONTROLPROCESS,WRITECONTROLPROGRAM,ACCORDINGTOTHEPROCEDURE,COMBININGWITHTHESIMULATIONSOFTWARETOREALIZETHEPROCESSOFEACHPARTOFTHE51CHIPSIMULATIONTHECONTROLOFULTRAHIGHSPEEDFLYWHEELACHIEVESTHEWHOLESYSTEMWORKPROCESS,USINGTHEFLYWHEELENERGYRELEASETOLESSENGINEPOWEROUTPUTANDUSINGTHEFLYWHEELTORECOVERYBRAKEENERGYWHENTHECARISBRAKING,SAVINGENERGYANDDECREASEEMISSIONWHENTHECARISRUNNINGSOTHEULTRAHIGHSPEEDFLYWHEELISAMAJORDEVELOPMENTOFFUTUREINTHEAPPLICATIONOFTHECARKEYWORDSULTRAHIGHSPEEDFLYWHEELCONTROLSYSTEMCIRCUITSINGLECHIPMICROCOMPUTERSIMULATION中國石油大學(xué)（華東）本科畢業(yè)設(shè)計(jì)目錄第1章前言111超高速飛輪的課題目的112超高速變頻飛輪的國內(nèi)外現(xiàn)狀213超高速變頻飛輪的目前存在的問題以及如何解決問題214超高速變頻飛輪的未來發(fā)展方向315本文研究的主要內(nèi)容3第2章超高速飛輪控制系統(tǒng)功能421超高速飛輪控制系統(tǒng)的要求422超高速飛輪控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的功能4221發(fā)動機(jī)儲能4222超高頻驅(qū)動電機(jī)調(diào)速6223飛輪釋放能量7224制動能量的回收8225真空泵的壓力檢測10226溫度檢測1123小結(jié)11第3章控制系統(tǒng)的組成1231電路元器件簡介及功能12311AT89C51單片機(jī)簡介12312LM7805線性穩(wěn)壓源143137407簡介14314SA4828簡介15315TLP250驅(qū)動電路15316IGBT功用1632控制系統(tǒng)的PROTEL電路設(shè)計(jì)16321飛輪轉(zhuǎn)速傳感器的數(shù)字顯示電路16322調(diào)速電路17323真空泵壓力檢測電路18324溫度檢測電路1933小結(jié)20第4章控制系統(tǒng)仿真2141仿真軟件設(shè)計(jì)21411KEILC51簡介21412PROTEUS軟件簡介22413仿真實(shí)現(xiàn)過程2242PROTEUS仿真結(jié)果2243控制系統(tǒng)流程結(jié)構(gòu)圖2644小結(jié)27第5章結(jié)論2851控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)總結(jié)28中國石油大學(xué)（華東）本科畢業(yè)設(shè)計(jì)52個人總結(jié)2853超高速飛輪未來前景29致謝30參考文獻(xiàn)31附錄34附錄A34附錄B37附錄C41附錄D47附錄E50附錄F55中國石油大學(xué)（華東）本科畢業(yè)設(shè)計(jì)1第1章前言11超高速飛輪的課題目的隨著世界能源危機(jī)和環(huán)境污染問題的日益嚴(yán)重，人們對汽車節(jié)能和減排的要求越來越高，采用儲能飛輪進(jìn)行汽車功率和能量的調(diào)節(jié)是一種有效的解決辦法。近年來高強(qiáng)度的復(fù)合材料、低功耗磁軸承、先進(jìn)的電力電子控制等一系列關(guān)鍵技術(shù)的發(fā)展，使得飛輪儲能系統(tǒng)在汽車上的應(yīng)用成為可能。詳細(xì)介紹了飛輪儲能系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、原理和特點(diǎn)，總結(jié)了飛輪儲能技術(shù)在汽車上的應(yīng)用發(fā)展現(xiàn)狀，指出了車用高速飛輪儲能系統(tǒng)的應(yīng)用存在的關(guān)鍵問題，為進(jìn)一步研究提供參考。由于原油儲量的不斷減少和汽車尾氣排放對環(huán)境污染的日益嚴(yán)重，能量儲存和再利用技術(shù)已成為一個世界性問題。儲能飛輪具有使用壽命長、儲能密度高的優(yōu)點(diǎn)，在儲能量一定的情況下，其質(zhì)量比超級電容更輕、體積更小，因而更加有利于在汽車上布置安裝。而FLYBRIDSYSTEMSLLP公司研制的超高速飛輪，飛輪質(zhì)量僅為5KG，極限轉(zhuǎn)速60000RPM,最大功率60KW,最大扭矩130牛米，最大儲能400千焦，系統(tǒng)總重量僅為24KG，廣泛應(yīng)用于F1賽車1。KERS整體結(jié)構(gòu)如圖11所示。圖11KERS整體結(jié)構(gòu)圖中國石油大學(xué)（華東）本科畢業(yè)設(shè)計(jì)212超高速變頻飛輪的國內(nèi)外現(xiàn)狀美國、德國、日本等發(fā)達(dá)國家對飛輪儲能技術(shù)的開發(fā)和應(yīng)用比較多。日本已經(jīng)制造出在世界上容量最大的變頻調(diào)速飛輪蓄能發(fā)電系統(tǒng)容量265MVA,電壓1100V,轉(zhuǎn)速510690R/MIN,轉(zhuǎn)動慣量710TMIDDOT；M2。美國馬里蘭大學(xué)也已研究出用于電力調(diào)峰的24KWH的電磁懸浮飛輪系統(tǒng)。飛輪重1728KG,工作轉(zhuǎn)速范圍11,61046,345RPM,破壞轉(zhuǎn)速為48,784RPM,系統(tǒng)輸出恒壓110240V,全程效率為81。經(jīng)濟(jì)分析表明,運(yùn)行3年時間可收回全部成本。飛輪儲能技術(shù)在美國發(fā)展得很成熟,他們制造出一種裝置,在空轉(zhuǎn)時的能量損耗達(dá)到01每小時。歐洲的法國國家科研中心、德國的物理高技術(shù)研究所、意大利的SISE均正開展高溫超導(dǎo)磁懸浮軸承的飛輪儲能系統(tǒng)研究。目前國內(nèi)從事與飛輪研究相關(guān)的單位有清華大學(xué)工程物理系飛輪儲能實(shí)驗(yàn)室、華北電力大學(xué)、北京飛輪儲能柔性研究所由中科院電工所、天津核工業(yè)理化工程研究院等組成、北京航空航天大學(xué)、南京航空航天大學(xué)、中國科大、中科院力學(xué)所、東南大學(xué)、合肥工業(yè)大學(xué)等,主要集中在小容量系列，其中，北航針對航天領(lǐng)域研制的“姿控/儲能兩用磁懸浮飛輪”已獲得2007年國家技術(shù)發(fā)明一等獎。華北電力大學(xué)和中國科學(xué)院電工研究所、河北省電力局合作,已經(jīng)開始就電力系統(tǒng)調(diào)峰用飛輪儲能系統(tǒng)的課題進(jìn)行研究,預(yù)計(jì)能夠取得可喜的成果。13超高速變頻飛輪的目前存在的問題以及如何解決問題目前國內(nèi)外超高速飛輪中有一個內(nèi)置電機(jī)，它既是電動機(jī)也是發(fā)電機(jī)。在充電時候，作為電動機(jī)給飛輪加速，在放電時候，它又作為發(fā)電機(jī)給外設(shè)供電，此時飛輪的轉(zhuǎn)速不斷下降；而飛輪空閑運(yùn)轉(zhuǎn)時，整個裝置則以最小損耗運(yùn)行。內(nèi)置電機(jī)它沒能解決飛輪釋放能量的具體控制過程，這也是問題存在的關(guān)鍵所在。驅(qū)動電機(jī)調(diào)速方案具體過程如下在此結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn)，將超高頻驅(qū)動電機(jī)接在CVT的一個輸入端，利用超高頻驅(qū)動電機(jī)對CVT進(jìn)行調(diào)速，驅(qū)動電機(jī)的轉(zhuǎn)速變化控制了CVT轉(zhuǎn)速的變化快慢，從而解決了飛輪轉(zhuǎn)速變化的控制過程。而詳細(xì)的控制過程將在接下來的章節(jié)進(jìn)行介紹。中國石油大學(xué)（華東）本科畢業(yè)設(shè)計(jì)3KERS系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖12所示。圖12KERS系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖14超高速變頻飛輪的未來發(fā)展方向由于超高速飛輪的體積和質(zhì)量相對來說較小，儲能密度較高，在現(xiàn)有的技術(shù)水平和大眾可以接受的價格范圍內(nèi)，可以在未來的汽車上廣泛應(yīng)用，有效地減少了發(fā)動機(jī)的功率輸出，同時既節(jié)能又減排。在當(dāng)前能源短缺的情況下，如果超高速飛輪能夠廣泛應(yīng)用到小型汽車上，這將大大解決能源短缺問題。15本文研究的主要內(nèi)容本文所研究的內(nèi)容是利用超高頻驅(qū)動電機(jī)SPWM調(diào)速從而控制飛輪轉(zhuǎn)速的變化，實(shí)現(xiàn)飛輪的釋放能量和制動能量的回收過程以及利用發(fā)動機(jī)給飛輪儲能。除此之外，飛輪真空腔的真空度也是本文的一個重點(diǎn)，超高速飛輪在真空環(huán)境下工作，以降低風(fēng)阻損耗，降低飛輪的摩擦升溫效果，所以利用真空泵去實(shí)現(xiàn)真空腔的標(biāo)準(zhǔn)真空度以及真空腔中的壓力檢測是飛輪工作過程的主要環(huán)節(jié)。磁懸浮軸承利用磁流體去密封，在高速工作過程中，磁流體的溫度會升高，因此，本文主要對磁流體正常工作狀態(tài)條件下的一個溫度檢測。中國石油大學(xué)（華東）本科畢業(yè)設(shè)計(jì)4第2章超高速飛輪控制系統(tǒng)功能21超高速飛輪控制系統(tǒng)的要求超高速飛輪的的控制過程是飛輪工作過程的一個重要環(huán)節(jié)，一套完整的控制系統(tǒng)對飛輪的工作過程至關(guān)重要，控制過程的精確，準(zhǔn)時決定了飛輪的工作狀態(tài)。而此控制系統(tǒng)主要包括以下內(nèi)容超高頻驅(qū)動電機(jī)的調(diào)速控制，真空泵的壓力檢測控制，以及磁流體密封軸承處的溫度檢測控制。對于控制系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)過程需要有相關(guān)的程序和設(shè)計(jì)電路以及系統(tǒng)圖。22超高速飛輪控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的功能控制系統(tǒng)所實(shí)現(xiàn)的功能主要分為三部分，第一利用超高頻驅(qū)動電機(jī)去調(diào)速，控制飛輪轉(zhuǎn)速的變化，從而實(shí)現(xiàn)能量的釋放和回收過程。第二是對真空泵的壓力檢測控制，檢測飛輪真空腔內(nèi)部的工作壓力是否符合規(guī)定的壓力值。第三是磁流體密封軸承處的溫度檢測控制。這三個大的環(huán)節(jié)構(gòu)成控制系統(tǒng)的核心。其次控制過程中還應(yīng)該包括利用發(fā)動機(jī)給飛輪儲能221發(fā)動機(jī)儲能首先解決汽車起步之前飛輪儲存能量，如果利用飛輪內(nèi)置電機(jī)給飛輪加速儲能必然耗費(fèi)較大的電能，經(jīng)濟(jì)上不合算，所以采用發(fā)動機(jī)在至少180S時間內(nèi)給飛輪提供能量。為解決動力的傳輸和中斷問題，在CVTT和主減速器之間加上一個可以傳遞大扭矩的萬向聯(lián)軸器。在汽車起步之前，發(fā)動機(jī)以某一恒功率運(yùn)轉(zhuǎn)，電磁離合器和發(fā)動機(jī)離合器要保持接合，萬向聯(lián)軸器處于斷開狀態(tài)，這樣才能將動力通過CVTT差動輪系傳遞給飛輪，為飛輪提供能量，此過程需要控制系統(tǒng)完成。具體控制過程如下首先發(fā)動機(jī)離合器處于結(jié)合狀態(tài)，而電磁離合器結(jié)合是通過單片機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)置的獨(dú)立鍵盤“開始”按鍵來實(shí)現(xiàn)的，當(dāng)按下“開始”時候，電磁離合器處于結(jié)合狀態(tài)，通過加速踏板，變速器，分動器，CVTT無極變速器差動變速輪系,GGB行星齒輪箱,當(dāng)飛輪達(dá)到極限轉(zhuǎn)速60000RPM時，電磁離合器通過預(yù)先存儲在單片機(jī)的程序自動進(jìn)行控制斷開過程，飛輪儲能過程完畢。這樣就實(shí)現(xiàn)了在180S時間內(nèi)飛輪加速到60000RPM。中國石油大學(xué)（華東）本科畢業(yè)設(shè)計(jì)5飛輪儲能整體結(jié)構(gòu)如圖所示。圖21整體模式圖程序流程如圖22所示。程序詳見附錄A。圖22發(fā)動機(jī)儲能程序流程圖中國石油大學(xué)（華東）本科畢業(yè)設(shè)計(jì)6222超高頻驅(qū)動電機(jī)調(diào)速由于伺服電動機(jī)又稱執(zhí)行電動機(jī)，在自動控制系統(tǒng)中，用作執(zhí)行元件，把所收到的電信號轉(zhuǎn)換成電動機(jī)軸上的角位移或角速度輸出。分為直流和交流伺服電動機(jī)兩大類，其主要特點(diǎn)是，當(dāng)信號電壓為零時無自轉(zhuǎn)現(xiàn)象，轉(zhuǎn)速隨著轉(zhuǎn)矩的增加而勻速下降所以選取安川SGMJV04ADD6E永磁無刷交流伺服電機(jī)，這種電機(jī)配線更簡易可靠，在惡劣環(huán)境下可以安心使用等優(yōu)點(diǎn)。安川SGMJV04ADD6E的功率為400W。因?yàn)閷τ诔哳l電機(jī)的選取，額定功率不能過大，一般小于05KW左右。圖23伺服電機(jī)轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速特性曲線由于永磁無刷交流電機(jī)轉(zhuǎn)速不隨負(fù)載而改變，只是根據(jù)外界電網(wǎng)頻率而改變，所以通過調(diào)節(jié)驅(qū)動電機(jī)的速度變化而控制飛輪轉(zhuǎn)速的變化的快慢。我們所研究的儲能系統(tǒng)是發(fā)動機(jī)和飛輪組成的混合動力系統(tǒng)，二者屬于并聯(lián)關(guān)系。超高速飛輪處于高速運(yùn)轉(zhuǎn)時，轉(zhuǎn)矩很小，所以必須將轉(zhuǎn)矩進(jìn)行放大才能提供給汽車后軸，通過驅(qū)動電機(jī)轉(zhuǎn)速的變化控制飛輪轉(zhuǎn)速的變化，根據(jù)理論力學(xué)中動量矩GJ,倆邊求導(dǎo)后轉(zhuǎn)矩MJ，JE其中，,E分別是角速度，角加速度,飛輪轉(zhuǎn)過的角度和能量的變化，根據(jù)此公式可以得出，如果角速度變化越快，即角加速度越大，力矩就越大，所以驅(qū)動電機(jī)的轉(zhuǎn)速變化越快，飛輪在快速降低的同時釋放的力矩也就越大，具體說就是如果飛輪在一次釋放總能35的情況下，飛輪轉(zhuǎn)速變化由中國石油大學(xué)（華東）本科畢業(yè)設(shè)計(jì)760000RPM45000RPM左右時，如果時間越短，轉(zhuǎn)矩變化就越大。安川伺服電機(jī)采用雙極性SPWM調(diào)速，雙極性控制則是指在輸出波形的半周期內(nèi)，逆變器同一橋臂中的兩只元件均處于開關(guān)狀態(tài)，但它們之間的關(guān)系是互補(bǔ)的，即通斷狀態(tài)彼此是相反交替的。這樣輸出波形在任何半周期內(nèi)都會出現(xiàn)正、負(fù)極性電壓交替的情況，故稱之為雙極性控制，與單極性控制方式相比，載波和控制波都變成了有正、負(fù)半周的交流方式，其輸出矩形波也是任意半周中均出現(xiàn)正負(fù)交替的情況。圖24雙極性雙極性調(diào)速適用于高性能場合，對于超高頻驅(qū)動電機(jī)調(diào)速選擇雙極性調(diào)速。所以改變控制信號UR（FR）的頻率，則輸出電壓的基波頻率亦隨之而改變，這樣就實(shí)現(xiàn)了調(diào)頻的目的。N60FR/P,FR為電網(wǎng)的頻率，P為磁極對數(shù)，取1。通過改變頻率的變化從而也就實(shí)現(xiàn)了驅(qū)動電機(jī)轉(zhuǎn)速的變化。因?yàn)楦淖僃R，三角載波的頻率UC不變，在雙極性調(diào)速中，輸出波形的頻率必然要改變，從而實(shí)現(xiàn)了驅(qū)動電機(jī)的SPWM調(diào)速。223飛輪釋放能量汽車在公路起步行走時，車速在10S時間由0加速到到100KM/H，發(fā)動機(jī)以恒功率和恒扭矩輸出，通過飛輪釋放能量來減少發(fā)動機(jī)的功率輸出。首先通過單片機(jī)控制系統(tǒng)的按鍵使電磁離合器結(jié)合，這時候發(fā)動機(jī)和飛輪一起向外輸出動力，使得汽車前進(jìn)，飛輪轉(zhuǎn)速一旦降到系統(tǒng)預(yù)設(shè)的45000RPM時，電磁離合器通過存儲在單片機(jī)里的中國石油大學(xué)（華東）本科畢業(yè)設(shè)計(jì)8程序就會使其斷開，剩余的能量以待以后行進(jìn)時多次釋放。根據(jù)雙極性調(diào)速，使得外界電網(wǎng)頻率發(fā)生一系列降低改變，從而驅(qū)動電機(jī)轉(zhuǎn)速降低。外界電網(wǎng)的頻率由83HZ連續(xù)降到50HZ，驅(qū)動電機(jī)轉(zhuǎn)速就由由5000RPM到3000RPM。所以飛輪由60000RPM降到45000RPM，,這樣就實(shí)現(xiàn)了飛輪釋放能量的控制過程。程序流程如圖25所示。程序詳見附錄B。圖25釋放能量程序流程圖224制動能量的回收對于15T的轎車，設(shè)計(jì)的動力驅(qū)動與能量回收高速飛輪，在車速60KM/H時4S完全制動，理論上可以回收90以上的制動動能；在車速100KM/H時，35S內(nèi)完全制動時，能夠回收45的制動動能。汽車在60KM/H時開始制動，首先通過單片機(jī)設(shè)定好的按鍵程序，按“開始”鍵，使得電磁離合器結(jié)合，這時將制動踏板快速踏下，汽車開始制動，飛輪開始回收能量，但是飛輪轉(zhuǎn)速不能超過60000RPM，一旦達(dá)到這個數(shù)值，電磁離合器通過單片機(jī)控制程序就會斷開。這是回收能量的一個極限情況。而回收能量的快慢要通過伺服電機(jī)調(diào)速的變中國石油大學(xué)（華東）本科畢業(yè)設(shè)計(jì)9化快慢來實(shí)現(xiàn)飛輪的轉(zhuǎn)速變化，以實(shí)現(xiàn)在短時間內(nèi)急劇回收能量。在60KM/H，驅(qū)動電機(jī)會根據(jù)單片機(jī)內(nèi)部的程序?qū)︱?qū)動電機(jī)進(jìn)行SPWM進(jìn)行調(diào)速，使得外界電網(wǎng)的頻率由50HZ連續(xù)升到67HZ，驅(qū)動電機(jī)轉(zhuǎn)速由3000RPM到4000RPM，這時候飛輪轉(zhuǎn)速由45000RPM增加到53000RPM。汽車在100KM/H時開始制動，和汽車在60KM/H時開始制動時候控制過程是一樣的，驅(qū)動電機(jī)的調(diào)速都是通過存儲在單片機(jī)調(diào)速程序自動改變電網(wǎng)頻率，從而實(shí)現(xiàn)SPWM調(diào)速。但是此時飛輪回收能量很少，大部分都通過制動時以熱量的形式散發(fā)掉了。飛輪轉(zhuǎn)速由45000RPM到55000RPM,這時候電磁離合器就要斷開，飛輪回收的能量等待下次汽車行駛時候釋放。驅(qū)動電機(jī)轉(zhuǎn)速由3000RPM到4500RPM。程序流程如圖26所示。程序詳見附錄C。圖26制動能量回收程序流程圖總之，無論飛輪釋放能量還是制動能量的回收過程，飛輪轉(zhuǎn)速的變化都是通過驅(qū)動電機(jī)進(jìn)行調(diào)速的，根據(jù)存儲在單片機(jī)里的SPWM調(diào)速程序，在這倆種工況下，外界電網(wǎng)的頻率就會連續(xù)的改變，從而驅(qū)動電機(jī)的轉(zhuǎn)速也會連續(xù)的改變，這樣就實(shí)現(xiàn)了飛輪能中國石油大學(xué)（華東）本科畢業(yè)設(shè)計(jì)10量的釋放和回收過程。225真空泵的壓力檢測主要控制真空飛輪內(nèi)部壓力保持在一定范圍內(nèi)，通過控制系統(tǒng)檢測壓力的變化，通過現(xiàn)有技術(shù)保證飛輪內(nèi)部一定的真空度，以實(shí)現(xiàn)較少產(chǎn)熱和風(fēng)阻的影響。數(shù)字大氣壓力傳感器將檢測到數(shù)字信號送給單片機(jī)，單片機(jī)經(jīng)過計(jì)算和分析，檢測壓力的變化，如果飛輪腔真空部分壓力不符合正常工作的標(biāo)準(zhǔn)絕對大氣壓力20KPA時候，繼電器就會控制真空泵的電路通斷來實(shí)現(xiàn)真空的工作，當(dāng)飛輪內(nèi)部的壓力達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)20KPA壓力時，繼電器就會斷開。程序流程如圖27所示。程序詳見附錄D。圖27壓力檢測流程圖中國石油大學(xué)（華東）本科畢業(yè)設(shè)計(jì)11226溫度檢測由于飛輪高速旋轉(zhuǎn)，安裝飛輪軸處的磁流體密封軸承必須要進(jìn)行冷卻，所以需要溫度檢測。主要通過DS18B20數(shù)字溫度傳感器進(jìn)行檢測，將數(shù)字信號給單片機(jī)，從而達(dá)到溫度檢測的目的。程序流程如圖28所示。程序詳見附錄E。圖28溫度檢測程序流程圖23小結(jié)本章節(jié)主要介紹了發(fā)動機(jī)的儲能過程，驅(qū)動電機(jī)調(diào)速控制飛輪釋放能量和回收能量過程，以及壓力檢測控制和溫度檢測控制。每個控制都有相關(guān)的程序，并且用流程圖詳細(xì)表達(dá)了具體控制過程。在控制系統(tǒng)中，除了程序外，還應(yīng)該有相關(guān)的控制電路圖。所以下一章節(jié)將詳細(xì)介紹控制電路的原理與設(shè)計(jì)，以及如何實(shí)現(xiàn)控制。中國石油大學(xué)（華東）本科畢業(yè)設(shè)計(jì)12第3章控制系統(tǒng)的組成31電路元器件簡介及功能311AT89C51單片機(jī)簡介AT89C51是美國ATMEL公司生產(chǎn)的低電壓，高性能CMOS8位單片機(jī)，片內(nèi)含4KBYTES的可反復(fù)擦寫的只讀程序存儲器和128BYTES的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲器（RAM），器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲技術(shù)生產(chǎn)，兼容標(biāo)準(zhǔn)MCS51指令系統(tǒng)，片內(nèi)置通用8位中央處理器（CPU）和FLASH存儲單元。圖31AT89C51引腳圖并行I/O接口P0口P0口為一個8位漏級開路雙向I/O口，每腳可吸收8TTL門電流。當(dāng)P0口的管腳第一次寫1時，被定義為高阻輸入。P0能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲器，它可以被定義為數(shù)據(jù)/地址的第八位。在FIASH編程時，P0口作為原碼輸入口，當(dāng)FIASH進(jìn)行校驗(yàn)時，P0輸出原碼，此時P0外部必須被拉高。P1口P1口是一個內(nèi)部提供上拉電阻的8位雙向I/O口，P1口緩沖器能接收輸出4TTL門電流。P1口管腳寫入1后，被內(nèi)部上拉為高，可用作輸入，P1口被外部下拉中國石油大學(xué)（華東）本科畢業(yè)設(shè)計(jì)13為低電平時，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在FLASH編程和校驗(yàn)時，P1口作為第八位地址接收。P2口P2口為一個內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P2口緩沖器可接收，輸出4個TTL門電流，當(dāng)P2口被寫“1”時，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸入。并因此作為輸入時，P2口的管腳被外部拉低，將輸出電流。這是由于內(nèi)部上拉的緣故。P2口當(dāng)用于外部程序存儲器或16位地址外部數(shù)據(jù)存儲器進(jìn)行存取時，P2口輸出地址的高八位。在給出地址“1”時，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢，當(dāng)對外部八位地址數(shù)據(jù)存儲器進(jìn)行讀寫時，P2口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。P2口在FLASH編程和校驗(yàn)時接收高八位地址信號和控制信號。P3口P3口管腳是8個帶內(nèi)部上拉電阻的雙向I/O口，可接收輸出4個TTL門電流。當(dāng)P3口寫入“1”后，它們被內(nèi)部上拉為高電平，并用作輸入。作為輸入，由于外部下拉為低電平，P3口將輸出電流（ILL）這是由于上拉的緣故。VCC供電電壓，一般工作電壓為5V。RST復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器復(fù)位器件時，要保持RST腳兩個機(jī)器周期的高電平時間。ALE/PROG當(dāng)訪問外部存儲器時，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的低位字節(jié)。在FLASH編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。在平時，ALE端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號，此頻率為振蕩器頻率的1/6。因此它可用作對外部輸出的脈沖或用于定時目的。然而要注意的是每當(dāng)用作外部數(shù)據(jù)存儲器時，將跳過一個ALE脈沖。如想禁止ALE的輸出可在SFR8EH地址上置0。此時，ALE只有在執(zhí)行MOVX，MOVC指令是ALE才起作用。另外，該引腳被略微拉高。如果微處理器在外部執(zhí)行狀態(tài)ALE禁止，置位無效。PSEN外部程序存儲器的選通信號。在由外部程序存儲器取指期間，每個機(jī)器周期兩次/PSEN有效。但在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，這兩次有效的/PSEN信號將不出現(xiàn)。EA/VPP當(dāng)/EA保持低電平時，則在此期間外部程序存儲器（0000HFFFFH），不管是否有內(nèi)部程序存儲器。注意加密方式1時，/EA將內(nèi)部鎖定為RESET；當(dāng)/EA端保持高電平時，此間內(nèi)部程序存儲器。在FLASH編程期間，此引腳也用于施加12V編程電源（VPP）。XTAL1反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時鐘工作電路的輸入。XTAL2來自反向振蕩器的輸出。中國石油大學(xué)（華東）本科畢業(yè)設(shè)計(jì)14312LM7805線性穩(wěn)壓源三端穩(wěn)壓集成電路LM7805（線性穩(wěn)壓管）輸出正5V直流電壓的穩(wěn)壓電源電路。7805系列的穩(wěn)壓集成塊的極限輸入電壓是36V，最低輸入電壓比輸出電壓高34V還要考慮輸出與輸入間壓差帶來的功率損耗，所以一般輸入為915V之間。由于汽車電源是12V直流電源，所以不需要整流。只需要在LM7805的輸入端1和輸出端3加上濾波電容即可。這樣輸出端輸出的就是5V電壓了，可以提供給單片機(jī)。圖32LM7805電路圖3137407簡介7407是集電極開路六正相高壓驅(qū)動器，用于共陰極驅(qū)動發(fā)光二級管。圖337407邏輯圖中國石油大學(xué)（華東）本科畢業(yè)設(shè)計(jì)151進(jìn)2出，3進(jìn)4出，5進(jìn)6出，9進(jìn)8出，11進(jìn)10出，13進(jìn)12出，7接地，14接高電平。314SA4828簡介SA4828是英國MITEL公司研制出的一種專門用于三相SPWM信號發(fā)生和控制的集成電路芯片。圖34SA4828引腳圖（1）與單片機(jī)的接口信號ADOAD7、WR、RD、ALE可直接與地址/數(shù)據(jù)復(fù)用的單片機(jī)相連。此時，總線選擇信號MUX接5V，地址/數(shù)據(jù)引腳RS不用。（2）輸入信CS片選信號，CLK時鐘信號，RESET復(fù)位信號，SETTRIP關(guān)斷信號，高電平時可快速關(guān)斷全部SPWM信號。（3）輸出信號RT、YT、BY控制三相逆變橋的三個上橋臂的開關(guān)管。RB、YB、BB控制三相逆變橋的三個下橋臂的開關(guān)管。ZPPR輸出調(diào)制波的頻率，WSS輸出采樣波形。TRIP封鎖狀態(tài)，SETTRIP有效時，該引腳為低電平表明輸出已被封鎖，可接LED指示燈。315TLP250驅(qū)動電路SA4828輸出的6路控制信號是TTL電平的，它不能直接驅(qū)動IPM中的6個IGBT。必須使用TLP250驅(qū)動IGBT。圖35TLP250驅(qū)動電路A1K5186352TLP2中國石油大學(xué)（華東）本科畢業(yè)設(shè)計(jì)16316IGBT功用IGBT是由MOSFET和雙極型晶體管復(fù)合而成的一種器件，其輸入極為MOSFET，輸出極為PNP晶體管，它融和了這兩種器件的優(yōu)點(diǎn)，既具有MOSFET器件驅(qū)動功率小和開關(guān)速度快的優(yōu)點(diǎn)，又具有雙極型器件飽和壓降低而容量大的優(yōu)點(diǎn)，其頻率特性介于MOSFET與功率晶體管之間，可正常工作于幾十KHZ頻率范圍內(nèi)，在現(xiàn)代電力電子技術(shù)中得到了越來越廣泛的應(yīng)用，在較高頻率的大、中功率應(yīng)用中占據(jù)了主導(dǎo)地位。因此在調(diào)速電路選擇IGBT作為控制開關(guān)。32控制系統(tǒng)的PROTEL電路設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)的電路設(shè)計(jì)主要以AT89C51作為控制核心，LM7805線性穩(wěn)壓源，7407，SA4828，TLP250驅(qū)動電路等作為電路的主要組成部分。本控制系統(tǒng)一共使用四塊AT89C51芯片，芯片之間通過串口連接實(shí)現(xiàn)同步工作。第一塊芯片是用來實(shí)現(xiàn)顯示飛輪傳感器數(shù)字變化，第二塊是用來實(shí)現(xiàn)驅(qū)動電機(jī)的調(diào)速功能，第三塊是用來實(shí)現(xiàn)壓力檢測的控制過程，第四塊是用來實(shí)現(xiàn)溫度檢測的控制過程。以下將詳細(xì)分開介紹各控制電路。321飛輪轉(zhuǎn)速傳感器的數(shù)字顯示電路在此電路中，主要包括微控制器AT89C51，復(fù)位電路，時鐘電路，獨(dú)立鍵盤，霍爾轉(zhuǎn)速傳感器，7407驅(qū)動部分，繼電器驅(qū)動電磁離合器，數(shù)碼管，以及上拉電阻。AT89C51是整個系統(tǒng)的核心，負(fù)責(zé)采集霍爾轉(zhuǎn)速傳感器的數(shù)據(jù)，然后在數(shù)碼管上顯示，由于單片機(jī)的引腳驅(qū)動能力較弱，所以要利用驅(qū)動部分7407和上拉電阻提高驅(qū)動能力，在整個控制系統(tǒng)中電磁離合器的接合與通斷就是通過自動開關(guān)繼電器驅(qū)動的。復(fù)位電路和時鐘電路是單片機(jī)的最小系統(tǒng)，保證單片機(jī)正常工作。獨(dú)立鍵盤是控制電磁離合器接合，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)工作的過程。在超高速飛輪工作的過程中，無論是發(fā)動機(jī)給飛輪儲能，還是飛輪釋放能量和制動能量的回收過程，霍爾轉(zhuǎn)速傳感器都會將數(shù)字信號送入單片機(jī)，然后通過電路在數(shù)碼管上動態(tài)顯示。中國石油大學(xué)（華東）本科畢業(yè)設(shè)計(jì)17如果飛輪達(dá)到極限轉(zhuǎn)速60000RPM，單片機(jī)輸出低電平使得繼電器斷開從而實(shí)現(xiàn)電磁離合器的斷開。數(shù)字顯示電路如圖36所示。圖36數(shù)字顯示電路以上就是電路各部分的主要功能以及工作過程各部分功能的實(shí)現(xiàn)過程。其中數(shù)碼管動態(tài)仿真在下一章介紹。322調(diào)速電路在調(diào)速電路中主要包括微控制器主要包括微控制器AT89C51，復(fù)位電路，時鐘電路，SA4828芯片，TLP250驅(qū)動電路，三相PWM變頻器，而三相PWM變頻器主要有整流電路，濾波電路，逆變電路。微控制器AT89C51是整個調(diào)速系統(tǒng)的核心，復(fù)位電路和時鐘電路是單片機(jī)的最小系統(tǒng)，SA4828芯片用于三相SPWM信號發(fā)生和控制，由于SA4828芯片驅(qū)動能力較弱，不能直接驅(qū)動IGBT，所以選擇TLP250驅(qū)動IGBT。在三相PWM變頻器中，整流電路是經(jīng)過三相整流橋全波整流成直流，濾波電路是將整流后的直流變成更加平滑的直流，而逆變電路是把直流電逆變成頻率可調(diào)的三相交流電，所以最終實(shí)現(xiàn)了變頻的目的。在超高頻驅(qū)動電機(jī)過程中，存儲在單片機(jī)的程序把頻率信號寫入到SA4828控制寄存器，然后啟動SA4828，從RT到BB六個引腳就會輸出相應(yīng)頻率的SPWM控制信號，經(jīng)過驅(qū)動電路，分別控制功率開關(guān)器件IGBT的導(dǎo)通和截止，最后在三個輸出端產(chǎn)生對中國石油大學(xué)（華東）本科畢業(yè)設(shè)計(jì)18稱的三相SPWM電壓，最終驅(qū)動超高頻驅(qū)動電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)。調(diào)速電路如圖37所示。圖37調(diào)速電路根據(jù)程序中所設(shè)定的可變頻率，就會將信號寫入SA4828控制寄存器，在SA4828的RT到BB六個引腳就會連續(xù)輸出可變頻率的SPWM控制信號，從而驅(qū)動電路驅(qū)動IGBT，IGBT就會以較高的頻率連續(xù)導(dǎo)通和截止，這樣在三相電壓的輸出端就會使得驅(qū)動電機(jī)按照程序中的頻率設(shè)定連續(xù)的使轉(zhuǎn)速發(fā)生改變，這樣就真正的實(shí)現(xiàn)了超高頻驅(qū)動電機(jī)在連續(xù)時間內(nèi)的連續(xù)調(diào)速，從而滿足了控制系統(tǒng)的要求。323真空泵壓力檢測電路在壓力檢測電路中，主控制核心仍是AT89C51，其次復(fù)位電路，時鐘電路，7407驅(qū)動部分，MS5561C大氣壓力傳感器，以及繼電器驅(qū)動電路。在壓力檢測電路中，大氣壓力傳感器將數(shù)字信號送入單片機(jī)，在數(shù)碼管上顯示壓力數(shù)值，單片機(jī)經(jīng)過分析與存儲在單片機(jī)程序里的真空腔標(biāo)準(zhǔn)壓力數(shù)值進(jìn)行比較，如果不符合，單片機(jī)控制繼電器接合實(shí)現(xiàn)真空泵的工作，直到達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)壓力值繼電器就會斷開，這就是整個電路的工作原理。中國石油大學(xué)（華東）本科畢業(yè)設(shè)計(jì)19壓力檢測電路如圖38所示。圖38壓力檢測電路324溫度檢測電路在溫度檢測電路中，主控制核心仍然為AT89C51，其次復(fù)位電路，時鐘電路，7407驅(qū)動部分，數(shù)字溫度傳感器DS18B20。溫度檢測電路如圖39所示。圖39溫度檢測電路中國石油大學(xué)（華東）本科畢業(yè)設(shè)計(jì)20在超高速飛輪工作過程中，磁懸浮軸承采用磁流體密封，磁流體溫度一般不高于105，高速運(yùn)轉(zhuǎn)的過程中磁流體的溫度會升高，所以要進(jìn)行溫度檢測。數(shù)字溫度傳感器將溫度信號送入單片機(jī)，單片機(jī)經(jīng)過分析和處理，將溫度信號在數(shù)碼管上顯示，這樣就可以看到磁流體此時的工作溫度了。如果溫度過高就要進(jìn)行冷卻。33小結(jié)本章主要介紹了電路元器件的功能，電路設(shè)計(jì)原理，以及數(shù)碼管顯示電路，調(diào)速電路，壓力檢測電路，溫度檢測電路所實(shí)現(xiàn)的功能，每一部分都詳細(xì)介紹了電路的具體工作過程，在接下來的章節(jié)主要介紹電路仿真的結(jié)果。中國石油大學(xué)（華東）本科畢業(yè)設(shè)計(jì)21第4章控制系統(tǒng)仿真41仿真軟件設(shè)計(jì)411KEILC51簡介KEILC51是美國KEILSOFTWARE公司出品的51系列兼容單片機(jī)C語言軟件開發(fā)系統(tǒng)，與匯編相比，C語言在功能上、結(jié)構(gòu)性、可讀性、可維護(hù)性上有明顯的優(yōu)勢，因而易學(xué)易用。KEIL提供了包括C編譯器、宏匯編、連接器、庫管理和一個功能強(qiáng)大的仿真調(diào)試器等在內(nèi)的完整開發(fā)方案，通過一個集成開發(fā)環(huán)境（UVISION）將這些部分組合在一起。運(yùn)行KEIL軟件需要WIN98、NT、WIN2000、WINXP等操作系統(tǒng)。如果你使用C語言編程，那么KEIL幾乎就是你的不二之選，即使不使用C語言而僅用匯編語言編程，其方便易用的集成環(huán)境、強(qiáng)大的軟件仿真調(diào)試工具也會令你事半功倍。圖41KEIL軟件程序編譯窗口本設(shè)計(jì)中的所有程序都是經(jīng)過KEILC51軟件編譯，然后調(diào)試。在調(diào)試窗口查找錯誤和警告，根據(jù)軟件本身的功能特點(diǎn)，找到相關(guān)錯誤的位置，然后進(jìn)行改正，繼續(xù)編譯、調(diào)試，直到程序沒有錯誤為止。中國石油大學(xué)（華東）本科畢業(yè)設(shè)計(jì)22412PROTEUS軟件簡介PROTEUS軟件是英國LABCENTERELECTRONICS公司出版的EDA工具軟件（該軟件中國總代理為廣州風(fēng)標(biāo)電子技術(shù)有限公司）。它不僅具有其它EDA工具軟件的仿真功能，還能仿真單片機(jī)及外圍器件。它是目前最好的仿真單片機(jī)及外圍器件的工具。雖然目前國內(nèi)推廣剛起步，但已受到單片機(jī)愛好者、從事單片機(jī)教學(xué)的教師、致力于單片機(jī)開發(fā)應(yīng)用的科技工作者的青睞。PROTEUS是世界上著名的EDA工具仿真軟件，從原理圖布圖、代碼調(diào)試到單片機(jī)與外圍電路協(xié)同仿真，一鍵切換到PCB設(shè)計(jì)，真正實(shí)現(xiàn)了從概念到產(chǎn)品的完整設(shè)計(jì)。是目前世界上唯一將電路仿真軟件、PCB設(shè)計(jì)軟件和虛擬模型仿真軟件三合一的設(shè)計(jì)平臺，其處理器模型支持8051、HC11、PIC10/12/16/18/24/30/DSPIC33、AVR、ARM、8086和MSP430等，2010年又增加了CORTEX和DSP系列處理器，并持續(xù)增加其他系列處理器模型。在編譯方面，它也支持IAR、KEIL和MPLAB等多種編譯器。413仿真實(shí)現(xiàn)過程第一步在KEIL中將編寫好C語言程序，然后編譯當(dāng)前文件，創(chuàng)建HEX目標(biāo)文件，重建所有目標(biāo)文件。第二步在PROTEUS中選擇元器件繪制好原理圖（復(fù)位電路和時鐘電路等一些電路元件可以省略）。第三步將創(chuàng)建HEX目標(biāo)文件通過PROTEUS下載到其中，然后運(yùn)行，這時候就可以看到原理圖的動態(tài)模擬過程。42PROTEUS仿真結(jié)果在圖42仿真電路中，發(fā)光二極管燈滅代表電磁離合器斷開，發(fā)動機(jī)給飛輪加速到60000RPM，儲能過程結(jié)束。中國石油大學(xué)（華東）本科畢業(yè)設(shè)計(jì)23圖42發(fā)動機(jī)儲能過程仿真在圖43中發(fā)光二級管綠燈亮起過程模擬飛輪釋放能量電磁離合器結(jié)合的過程。圖43飛輪釋放能量過程中國石油大學(xué)（華東）本科畢業(yè)設(shè)計(jì)24在圖44發(fā)光二極管燈滅時候代表飛輪釋放能量結(jié)束，電磁離合器斷開。圖44飛輪釋放能量結(jié)束在圖45中發(fā)光二級管黃燈亮起過程模擬繼電器接合，真空泵正在工作。圖45真空泵工作過程中國石油大學(xué)（華東）本科畢業(yè)設(shè)計(jì)25在圖46中發(fā)光二級管滅代表真空泵工作結(jié)束，繼電器斷開的過程。圖46真空泵工作結(jié)束圖47溫度檢測仿真圖在溫度仿真電路中，數(shù)碼管顯示的就是溫度傳感器DS18B20檢測的磁流體工作溫度的模擬過程。中國石油大學(xué)（華東）本科畢業(yè)設(shè)計(jì)2643控制系統(tǒng)流程結(jié)構(gòu)圖在系統(tǒng)圖包括了發(fā)動機(jī)儲能過程，飛輪釋放能兩和制動能量的回收過程，驅(qū)動電機(jī)調(diào)速，壓力檢測，以及溫度檢測。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖48所示。圖48系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖發(fā)動機(jī)儲能首先按下鍵盤按鍵，單片機(jī)給高電平時電磁離合器接合，發(fā)動機(jī)經(jīng)離合器，傳動裝置給飛輪加速，達(dá)到60000RPM時候，單片機(jī)給低電平電磁離合器斷開，飛輪儲能完成。驅(qū)動電機(jī)調(diào)速釋放能量按下獨(dú)立鍵盤按鍵，單片機(jī)給高電平電磁離合器接合，驅(qū)動電機(jī)開始實(shí)現(xiàn)SPWM調(diào)速，通過單片機(jī)里的程序，啟動SA4828，經(jīng)TLP250驅(qū)動電路，控制PWM變頻器中的IGBT開關(guān)的通斷，頻率改變，驅(qū)動電機(jī)轉(zhuǎn)速持續(xù)下降，飛輪的轉(zhuǎn)速也會對應(yīng)著下降，降到到55000RPM,單片機(jī)給低電平，電磁離合器斷開，能量釋放結(jié)束。驅(qū)動電機(jī)調(diào)速回收能量按下獨(dú)立鍵盤按鍵，單片機(jī)給高電平電磁離合器接合，驅(qū)動電機(jī)開始實(shí)現(xiàn)SPWM調(diào)速，通過單片機(jī)里的程序，啟動SA4828，經(jīng)TLP250驅(qū)動電路，控制PWM變頻器中的IGBT開關(guān)的通斷，頻率改變，驅(qū)動電機(jī)轉(zhuǎn)速持續(xù)上升，飛中國石油大學(xué)（華東）本科畢業(yè)設(shè)計(jì)27輪的轉(zhuǎn)速也會對應(yīng)著上升，由45000RPM升到55000RPM,單片機(jī)給低電平電磁離合器斷開，回收能量結(jié)束。真空泵壓力檢測壓力傳感器給單片機(jī)送入壓力數(shù)值，如果和程序中的飛輪真空腔的標(biāo)準(zhǔn)壓力不符合，單片機(jī)給繼電器高電平，繼電器接合，真空泵開始工作，直到檢測的壓力數(shù)值和標(biāo)準(zhǔn)壓力一致，單片機(jī)給繼電器低電平，電磁離合器斷開，壓力檢測控制結(jié)束。溫度檢測溫度檢測是利用DS18B20數(shù)字溫度傳感器進(jìn)行檢測，針對磁流體密封處的溫度檢測，DS18B20將溫度信號送入單片機(jī)，這樣就可以看到磁流體工作的當(dāng)前的溫度了。44小結(jié)本章主要介紹了使用KEIL軟件和PROTEUS軟件仿真的過程，針對每個仿真過程詳細(xì)介紹了所實(shí)現(xiàn)的功能，包括飛輪轉(zhuǎn)速的變化仿真，壓力檢測，溫度檢測等的仿真。最后通過系統(tǒng)流程結(jié)構(gòu)圖對整個控制過程再一次詳細(xì)介紹了控制系統(tǒng)的工作過程，使得控制過程簡單明了。中國石油大學(xué)（華東）本科畢業(yè)設(shè)計(jì)28第5章結(jié)論51控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)總結(jié)控制系統(tǒng)是設(shè)計(jì)是超高速飛輪整體設(shè)計(jì)的重點(diǎn)之一，通過控制系統(tǒng)可以具體控制飛輪的工作過程，包括汽車在行駛時飛輪釋放能量和回收能量等過程，解決了汽車在水平城市公路走走停停發(fā)動機(jī)輸出功率過大的問題，飛輪釋放能量使得汽車前進(jìn)，發(fā)動機(jī)的功率輸出減小，汽車制動過程，飛輪回收制動能量，減少能量的損失。本控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)首先確定需要控制的部分，然后有一個整體結(jié)構(gòu)，在整體結(jié)構(gòu)中包含了每一部分子控制，每一部分子控制通過程序和電路去實(shí)現(xiàn)控制，最后通過簡單的仿真模擬控制過程。此控制系統(tǒng)還很不完善，仍需要較大的提高。一套完整的控制系統(tǒng)對超高速飛輪的工作過程至關(guān)重要，每一部分的精確控制也是控制系統(tǒng)的重點(diǎn)。目前超高速飛輪在國內(nèi)外的研究很廣泛，如果在控制系統(tǒng)方面能夠做到更加完美，這將是未來超高速飛輪的一個重點(diǎn)的發(fā)展。本課題所研究的超高速飛輪控制系統(tǒng)，主要針對城市路面的小型汽車，它們在繁華擁擠的道路上走走停停，能夠在汽車行駛過程中控制飛輪在一定時間內(nèi)釋放能量和制動能量的回收。如果飛輪控制系統(tǒng)完善的話，在節(jié)能減排方面將會有更大的提高。從節(jié)約能源的角度來看，超高速飛輪的發(fā)展將是未來汽車節(jié)能化小型化的一個主要發(fā)展方向。52個人總結(jié)本次畢業(yè)設(shè)計(jì)的課題是汽車節(jié)能超高速飛輪控制系統(tǒng)，在該設(shè)計(jì)中主要包括控制理論，機(jī)電一體化，機(jī)械參數(shù)控制，單片微機(jī)原理系統(tǒng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用，51單片機(jī)及其C語言程序開發(fā)實(shí)例，PROTEL99SE電路設(shè)計(jì)基礎(chǔ)與典型范例，零起步輕松學(xué)PROTEL99SE電路設(shè)計(jì)，基于PROTEUS的51系列單片機(jī)設(shè)計(jì)與仿真，單片機(jī)原理及應(yīng)用基于PROTEUS與KEILC等多門學(xué)科，在近四個月的學(xué)習(xí)和設(shè)計(jì)過程中，使我對控制系統(tǒng)有了很深的了解，讓我對一些非專業(yè)課程有了初步的學(xué)習(xí)，為以后從事機(jī)電系統(tǒng)行業(yè)也打下了基礎(chǔ)。在本次設(shè)計(jì)中讓我更加深入的了解到機(jī)械和控制相互結(jié)合的重要性，先進(jìn)的機(jī)械技術(shù)離不開精確的控制，它們是相輔相成的，雖然本次學(xué)到了很多新的知識，但中國石油大學(xué)（華東）本科畢業(yè)設(shè)計(jì)29是還是缺乏嚴(yán)謹(jǐn)?shù)乃季S過程，有待于進(jìn)步的提高，希望在以后的工作中能夠在控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)方面不斷的提高自己，學(xué)到更多的控制知識。53超高速飛輪未來前景飛輪儲能技術(shù)是當(dāng)前一個主要發(fā)展方向，由于飛輪相對尺寸小，重量輕，儲能密度大，使用壽命長，低損耗，低維護(hù)，工作溫度范圍寬等優(yōu)點(diǎn)。所以在很多方面都有廣泛的應(yīng)用，例如飛輪電池應(yīng)用于太空領(lǐng)域，交通運(yùn)輸，不間斷電源，軍用戰(zhàn)斗車輛等方面。目前最新的飛輪儲能就是在飛輪混合動力方面，例如F1賽車上的KERS動能回收系統(tǒng)，飛輪質(zhì)量僅為5千克，系統(tǒng)總重為24千克，系統(tǒng)體積13升，最大儲能400千焦。從以上數(shù)據(jù)可以看出，飛輪儲能系統(tǒng)更趨向小型化，緊湊化，高效化等特點(diǎn)，如果能在汽車上廣泛應(yīng)用，將會為世界能源短缺方面解決一個大的問題。中國石油大學(xué)（華東）本科畢業(yè)設(shè)計(jì)30致謝本次畢業(yè)設(shè)計(jì)首先感謝我的導(dǎo)師王玉新老師精心的指導(dǎo)，讓我在這次畢業(yè)設(shè)計(jì)中學(xué)到了很多知識，受益匪淺，老師治學(xué)的嚴(yán)謹(jǐn)態(tài)度讓我非常敬佩，每次老師細(xì)心的指導(dǎo)都給了我大的學(xué)習(xí)信心，雖然在設(shè)計(jì)中遇到了很多困難，不過每次經(jīng)過老師的悉心教導(dǎo)，一些問題都迎刃而解了，這次設(shè)計(jì)也為以后工作奠定了基礎(chǔ)，給了我們一個自己獨(dú)立解決問題的空間，在這里再次感謝我的導(dǎo)師王玉新老師的栽培，謝謝您讓我學(xué)到了很多。同時在這里也要感謝那些在學(xué)習(xí)上幫助過我的同學(xué)，有了你們的幫助，我在學(xué)習(xí)上的一些困難很快就解決了，謝謝你們在我遇到困難時候幫助我，大學(xué)四年，同學(xué)間的友情永遠(yuǎn)是真的，希望你們在未來的道路上越走越好。最后，感謝我的父母，是他們培養(yǎng)了我，給了我接受高等教育的機(jī)會，讓我在高等學(xué)府不僅學(xué)會了知識，更學(xué)會了如何和群體相處，在今后的學(xué)習(xí)工作中一定努力向上，不辜負(fù)父母的寄托，報(bào)答父母的養(yǎng)育之恩中國石油大學(xué)（華東）本科畢業(yè)設(shè)計(jì)31參考文獻(xiàn)1文少波，蔣書運(yùn)飛輪儲能系統(tǒng)在汽車中的應(yīng)用研究東南大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院J南京211189,南京工程學(xué)院車輛工程系，南京211167）2張建成飛輪儲能系統(tǒng)及其運(yùn)行控制技術(shù)研究D保定華北電力大學(xué)博士學(xué)位論文，200143劉懷喜，馬潤香，張恒飛輪儲能技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用J能源技術(shù)，2003，24110134湯雙清，楊家軍，廖道訓(xùn)飛輪儲能系統(tǒng)研究綜述J三峽大學(xué)學(xué)報(bào)自然科學(xué)版，2002，24178825楊志軼飛輪電池儲能關(guān)鍵技術(shù)研究D合肥合肥工業(yè)大學(xué)博士學(xué)位論文，20021126何瑞金飛輪儲能控制系統(tǒng)及能量回饋技術(shù)的研究D東華大學(xué)碩士學(xué)位論文，20041147張世亮車輛制動能量回收裝置的研究J機(jī)械設(shè)計(jì)與制造工程，1999，28422238何仁，孫龍林，吳明汽車新型儲能動力傳動系統(tǒng)節(jié)能機(jī)理J長安大學(xué)學(xué)報(bào)，2002，22367719田惠儒公共汽車制動能量回收系統(tǒng)的研究與設(shè)計(jì)J城市公共交通，20004212210王美麗，林榮會汽車制動能量的回收利用J青島建筑工程學(xué)院學(xué)報(bào)，1993，14480一8311孫龍林，何仁最小化混合動力傳動系統(tǒng)的初步探討J江蘇理工大學(xué)學(xué)報(bào)自然科學(xué)版，2001，222141712凌永成于京諾主編汽車電子控制技術(shù)M中國林業(yè)出版社，20060813楊鳳山交流永磁同步伺服電機(jī)控制系統(tǒng)的研究J北方工業(yè)大學(xué)20040614戴仙金51單片機(jī)及其C語言程序開發(fā)實(shí)例M北京清華大學(xué)出版社，2008215萬福君單片機(jī)原理系統(tǒng)設(shè)計(jì)應(yīng)用M第2版合肥中國科技大學(xué)出版社，20018中國石油大學(xué)（華東）本科畢業(yè)設(shè)計(jì)3216譚浩強(qiáng)C語言程序設(shè)計(jì)第2版M北京北京航空航天大學(xué)出版社，200517槐創(chuàng)鋒PROTEL99SE電路設(shè)計(jì)基礎(chǔ)與典型范例M電子工業(yè)出版社,200818蔡杏山等零起步輕松學(xué)PROTEL99SE電路設(shè)計(jì)M人民郵電出版社,20070119侯玉寶基于PROTEUS的51系列單片機(jī)設(shè)計(jì)與仿真M電子工業(yè)出版社,20080920孟祥蓮，高洪志單片機(jī)原理及應(yīng)用基于PROTEUS與KEILCM哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社,20100821SMITHM，JOHNSAPPLICATIONSPECIFICINTEGRATEDCIRCUITSADDISONWESLEYRGENEVAWHO，199822ZHANGJ,CHENZ,CAIL,ETALFLYWHEELENERGYSTORAGESYSTEMDESIGNFORDISTRIBUTEDNETWORKCIEEEPES2000WINTERMEETING,2327JANUARY2000,SINGAPORE23ZHANGJ,CHENZ,CAIL,ETALFLYWHEELENERGYSTORAGESYSTEMDESIGNFORDISTRIBUTEDNETWORKCIEEEPES2000WINTERMEETING,2327JANUARY2000,SINGAPORE24RIZOULISD,BURLJ,ANDBEARDJ,2001,“CONTROLSTRATEGIESFORASERIESPARALLELHYBRIDELECTRICVEHICLE,”PROCEEDINGSOFSAE2001WORLDCONGRESS,MARCH2001,DETROIT,MICHIGAN25ENDOH,ITOM,ANDOZEKIT,2003,“DEVELOPMENTOFTOYOTASTRANSAXLEFORMINIVANHYBRIDVEHICLES,”JSAEREV,JAPANESESOCIETYOFAUTOMOTIVEENGINEERS,241,PP10911626LINCC,FILIPIZ,WANGY,LOUCAL,PENGH,ASSANISD,ANDSTEINJ,2001,“INTEGRATED,FEEDFORARDHYBRIDELECTRICVEHICLESIMULATIONINSIMULINKANDITSUSEFORPOWERMANAGEMENTSTUDIES,”PROCEEDINGSOFSAE2001WORLDCONGRESS,MARCH2001DETROIT,MICHIGAN27JEOUNGH,CHOIJHIGHEFFICIENCYENERGYCONVERSIONANDDRIVERSOFFESSYSTEMUSINGHIGHTEMPERATURESUPERCONDUCTIVEMAGNETICBEARINGSCIEEEPES2000WINTERMEETING,2327J