1、 PAGE20 / NUMPAGES21高等?？茖W(xué)校機(jī)械電子工程系畢業(yè)論文系別：機(jī)械電子工程系專業(yè)：09應(yīng)用電子技術(shù)（營銷與服務(wù)）：端學(xué)號：2指導(dǎo)老師：汪兆棟時間：2011年12月1號摘要太陽能LED 照明系統(tǒng)作為新型照明方式，不僅具有獨(dú)立光伏照明系統(tǒng)的諸多優(yōu)點(diǎn)，如清潔無污染、無需長距離輸電導(dǎo)線等，還具有LED 照明的發(fā)光效率高、光線柔和、光伏電池設(shè)計容量小等諸多優(yōu)勢。但系統(tǒng)需實現(xiàn)最大功率點(diǎn)跟蹤(MPPT) 控制、LED 非線性負(fù)載放電控制和蓄電池充放電控制等功能，對控制具有較高要求。本文對控制系統(tǒng)要求進(jìn)行分析，分別進(jìn)行了MPPT、充電策略和LED 放電控制的研究，并采用MATLAB /Sim

2、ulink 對主電路和控制系統(tǒng)進(jìn)行仿真。基于仿真模型，采用嵌入式目標(biāo)模塊eZdsp 生成TSM320F2812 DSP 控制程序，對仿真模型進(jìn)行快速轉(zhuǎn)化，并在硬件平臺對具體控制系統(tǒng)進(jìn)行實現(xiàn)。系統(tǒng)具有動態(tài)響應(yīng)快、啟動電流平滑、穩(wěn)態(tài)精度高等優(yōu)點(diǎn)，從而得出適合太陽能LED 照明系統(tǒng)的控制方法。關(guān)鍵詞: 嵌入式目標(biāo)模塊; 最大功率點(diǎn)跟蹤; LED 照明目錄前言3第1章：系統(tǒng)控制要求分析與實現(xiàn)方法41.1：MPPT 控制的優(yōu)化實現(xiàn)51.2：LED 燈恒流控制的優(yōu)化實現(xiàn)6圖1.1：恒電流雙環(huán)控制模型框圖1.3：系統(tǒng)充放電策略選取71.4：基于嵌入式目標(biāo)模塊的控制程序生成7第2章：仿真和實驗8仿真電路模型與

3、圖形圖2.2：MATLAB /Simulink 仿真8圖2.3：變步長的改進(jìn)干擾觀測法MPPT 控制的Simulink 模型9圖2.4: MPPT仿真波形圖10圖2.5：LED 負(fù)載放電電路模型11圖2.6：負(fù)載電壓電流波形12圖2.7：電壓電流實驗波形13圖2.8：太陽能LED 照明控制器實際裝置14第3章：結(jié)論 14第4章：建議15參考文獻(xiàn)16前言太陽能LED 照明系統(tǒng)作為新型照明方式，不僅具有獨(dú)立光伏照明系統(tǒng)的諸多優(yōu)點(diǎn)，如清潔無污染、無需長距離輸電導(dǎo)線等，還具有LED 照明的發(fā)光效率高、光線柔和、光伏電池設(shè)計容量小等諸多優(yōu)勢。但系統(tǒng)需實現(xiàn)最大功率點(diǎn)跟蹤(MPPT) 控制、LED 非線性負(fù)

4、載放電控制和蓄電池充放電控制等功能，對控制具有較高要求。太陽能作為重要的新能源，具有清潔無污染、儲量巨大、便于利用等優(yōu)點(diǎn);LED(發(fā)光二極管)照明系統(tǒng)具有壽命長、發(fā)光效率高等優(yōu)點(diǎn)，也開始廣泛應(yīng)用于照明;太陽能LED 照明系統(tǒng)集中了太陽能和LED的諸多優(yōu)點(diǎn)，具有很好的市場前景。但其具有自身的缺陷:太陽能電池板輸出伏安特性(V-I)曲線為非線性，只有工作在特定電壓下才能輸出最大功率，需要進(jìn)行最大功率點(diǎn)跟蹤(MPPT) 控制;LED 燈的伏安特性曲線近似為指數(shù)函數(shù)，因此對控制精度要求較高，否則容易損壞;蓄電池作為儲能元件，需要可靠合理的充放電管理策略，才能延長其使用壽命。本文根據(jù)上述問題，分別進(jìn)行了

5、MPPT 控制研究、LED 恒流控制研究和蓄電池充放電策略研究，采用MATLAB /Simulink 進(jìn)行系統(tǒng)主電路和控制算法綜合仿真，得出較為理想的控制效果和控制參數(shù)，并對控制模型進(jìn)行移植。中國照明網(wǎng)技術(shù)論文LED照明第1章 系統(tǒng)控制要求分析與實現(xiàn)方法太陽能LED 照明系統(tǒng)包括光伏陣列、蓄電池、LED 陣列燈和控制器幾個部分。其控制器需實現(xiàn)整個系統(tǒng)充放電控制，對光伏陣列、蓄電池和LED燈工作狀態(tài)進(jìn)行實時檢測，并實現(xiàn)充放電切換過程，既要保證光伏陣列最大功率輸出，又要保證蓄電池使用壽命和LED 燈安全工作。1. 1 MPPT 控制的優(yōu)化實現(xiàn)目前MPPT 控制研究較多，方法各異，控制效果各不一樣，

6、因此需要選取一種適合實際系統(tǒng)的合理方法。根據(jù)文獻(xiàn)1-3，選取適合小型獨(dú)立系統(tǒng)的干擾觀測法，并對其進(jìn)行改進(jìn)，完全可以滿足控制需要。傳統(tǒng)的干擾觀測法在光伏系統(tǒng)中應(yīng)用最為廣泛，能快速準(zhǔn)確進(jìn)行MPPT 控制，但存在最大功率點(diǎn)附近反復(fù)振蕩和特殊情況下誤判斷的問題，如光照強(qiáng)度劇烈變化3，4。通過對傳統(tǒng)方法的擾動步長s 進(jìn)行動態(tài)調(diào)整，即當(dāng)外界條件變化劇烈時，適當(dāng)加大擾動步長和控制周期，當(dāng)系統(tǒng)運(yùn)行接近穩(wěn)態(tài)時，減小擾動步長和控制周期，可提高系統(tǒng)動穩(wěn)態(tài)精度，有效避免傳統(tǒng)方法的反復(fù)振蕩。同時，通過變步長方法，可以在檢測到功率變化值P 較大時，鎖定擾動步長為0，當(dāng)系統(tǒng)處于相對穩(wěn)定之后繼續(xù)最大功率點(diǎn)搜索，即可有效解決傳

7、統(tǒng)方法的誤判斷現(xiàn)象。1. 2 LED 燈恒流控制的優(yōu)化實現(xiàn)LED 燈負(fù)載伏安特性曲線近似為一指數(shù)函數(shù)，在額定功率附近di /dU 比值非常大，對系統(tǒng)控制要求較高5，若采用單環(huán)控制，系統(tǒng)階數(shù)低，LED 負(fù)載電壓電流動態(tài)響應(yīng)和穩(wěn)態(tài)精度不可兼顧，很難保證效果。為此根據(jù)實際控制系統(tǒng)需要，建立恒電流雙環(huán)控制模型框圖如圖1 所示:中國照明網(wǎng)技術(shù)論文LED照明中國照明網(wǎng)技術(shù)論文LED照明系統(tǒng)通過Iset設(shè)置運(yùn)行參考電流，控制系統(tǒng)由電壓電流傳感器獲得采樣數(shù)據(jù)，經(jīng)系統(tǒng)框圖算法最終輸出PWM 脈沖作用于開關(guān)器件MOSFET 門極以實現(xiàn)系統(tǒng)控制。采用恒電流雙環(huán)控制，提高了系統(tǒng)階數(shù)，并且以參考電流為最終控制對象，有利

8、于提高LED 負(fù)載電流平滑穩(wěn)定。1. 3 系統(tǒng)充放電策略選取蓄電池在使用過程中，充放電策略對其壽命具有重要影響6，7。由于系統(tǒng)需要盡可能最大功率輸出并儲存以充分利用光伏陣列，因此充電策略需要既滿足MPPT 需求，也能解決蓄電池壽命問題。選取以下充電策略可以滿足要求:MPPT 充電控制:在電池端電壓低于設(shè)定值Vset時，采用MPPT 控制進(jìn)行最大功率充電，盡可能保證光伏陣列輸出最大功率，提高光伏陣列利用率;限功率充電控制:當(dāng)蓄電池端電壓達(dá)到Vset時，采用限功率充電控制，設(shè)定充電功率P Pset，此時充電電流iP小于MPPT 充電電流iMPP，系統(tǒng)不再進(jìn)行MPPT 控制;浮充控制:當(dāng)蓄電池端電壓

9、接近飽和電壓Vf時，系統(tǒng)進(jìn)一步降低充電電流，嚴(yán)格控制充電電壓Vc = Vf，進(jìn)入小電流浮充階段，最終完成整個充電過程。1. 4 基于嵌入式目標(biāo)模塊的控制程序生成根據(jù)MATLAB /Simulink 仿真模型，利用Simulink中Embedded Target for TI C2000 模塊，對控制算法進(jìn)行移植，并加入eZdsp 模塊對DSP 資源進(jìn)行配置，即可快速編譯生成控制系統(tǒng)中TMS320F2812DSP 的控制代碼。由于采用了算法移植，使仿真結(jié)果能快速準(zhǔn)確地在實際系統(tǒng)中得到驗證，并依據(jù)仿真結(jié)果可對控制算法進(jìn)行快速修改，大大提高效率8。 第2章 仿真和實驗在MATLAB /Simulin

10、k 仿真中，建立如圖2 的主電路模型，主要由Buck 主電路、傳感器和光伏陣列模型組成。中國照明網(wǎng)技術(shù)論文LED照明建立變步長的改進(jìn)干擾觀測法MPPT 控制的Simulink 模型如圖3 所示:中國照明網(wǎng)技術(shù)論文LED照明中國照明網(wǎng)技術(shù)論文LED照明圖4(a)中，在光照強(qiáng)度快速變化時，光伏陣列輸出電壓只有微弱波動，而輸出電流變化明顯，與理想MPPT 跟蹤效果完全吻合;電流波形動態(tài)響應(yīng)時間短、穩(wěn)態(tài)波動小，體現(xiàn)出很好的控制性能。圖4(b)中，系統(tǒng)從開始運(yùn)行經(jīng)過一段時間即穩(wěn)定運(yùn)行在最大功率點(diǎn)附近，當(dāng)光照強(qiáng)度劇烈變化時，能快速準(zhǔn)確運(yùn)行在新的最大功率點(diǎn)處;波形中同一光照強(qiáng)度下的運(yùn)行點(diǎn)變化圍較小，充分解決

11、了干擾觀測法在最大功率點(diǎn)附近反復(fù)振蕩擾動和光照劇烈變化出現(xiàn)誤判斷的問題。中國照明網(wǎng)技術(shù)論文LED照明基于Simulink 建立如圖5 的LED 負(fù)載放電電路模型，系統(tǒng)中VS1、VS2、CS1、CS2 分別為電壓、電流傳感器，電路將蓄電池經(jīng)Boost 電路升壓后接LED 負(fù)載，控制程序利用圖1 所示控制算法根據(jù)采樣數(shù)據(jù)最終輸出PWM 脈寬信號作用于MOSFET 以實現(xiàn)系統(tǒng)控制。中國照明網(wǎng)技術(shù)論文LED照明中國照明網(wǎng)技術(shù)論文LED照明設(shè)置LED 啟動參考電流為0. 5A，在0. 6s 時改變參考電流為0. 6A 進(jìn)行系統(tǒng)動穩(wěn)態(tài)性能仿真，其負(fù)載電壓電流波形如圖6 所示。中國照明網(wǎng)技術(shù)論文LED照明中

12、國照明網(wǎng)技術(shù)論文LED照明圖6 中，LED 啟動電流不帶有尖峰，可充分保護(hù)其免遭因尖峰電壓導(dǎo)致瞬間過流而造成的損壞。在改變參考電流后，輸出電流波形超調(diào)很小，動態(tài)響應(yīng)相對較快，穩(wěn)態(tài)精度較高。中國照明網(wǎng)技術(shù)論文LED照明根據(jù)以上模型，采用300W 光伏電池、蓄電池組和50W LED 燈構(gòu)建實際系統(tǒng)，建立系統(tǒng)主電路和TMS320F2812 控制板，采用嵌入式目標(biāo)模塊生成控制代碼8，最終由DSP 實現(xiàn)系統(tǒng)控制，系統(tǒng)MPPT運(yùn)行和LED 負(fù)載啟動時電壓電流實驗波形如圖7所示。中國照明網(wǎng)技術(shù)論文LED照明中國照明網(wǎng)技術(shù)論文LED照明圖7(a)的波形為在光照強(qiáng)度發(fā)生劇烈變化時光伏陣列輸出電壓電流實驗波形。波

13、形在光照發(fā)生劇烈變化時，光伏陣列輸出電壓微弱變化，但電流發(fā)生明顯變化，充分體現(xiàn)MPPT 控制算法能快速準(zhǔn)確地進(jìn)行控制，動態(tài)響應(yīng)較快，穩(wěn)態(tài)誤差較小。中國照明網(wǎng)技術(shù)論文LED照明LED 燈負(fù)載屬于半導(dǎo)體器件，瞬間過壓或過流就會導(dǎo)致?lián)p毀，因此實驗中控制好啟動過程，盡可能減小電壓尖峰、電流毛刺尤為重要。圖7(b)中設(shè)定LED 燈啟動時參考電流值為0. 4A，波形顯示LED負(fù)載在啟動時平滑穩(wěn)定，沒有電壓尖峰和電流毛刺產(chǎn)生，可保證LED 燈安全穩(wěn)定運(yùn)行，控制性能較為理想。中國照明網(wǎng)技術(shù)論文LED照明基于以上研究，太陽能LED 照明控制器實際裝置如圖8 所示。中國照明網(wǎng)技術(shù)論文LED照明 第3章 結(jié)論1)

14、建立了太陽能LED 照明控制系統(tǒng)的主電路MATLAB /Simulink 仿真模型，在仿真結(jié)果基礎(chǔ)上實現(xiàn)了太陽能LED 照明系統(tǒng)控制器。2) 對變步長的改進(jìn)干擾觀測法進(jìn)行仿真，并在實際系統(tǒng)中加以實現(xiàn)，由圖4 可知系統(tǒng)MPPT 控制中，光照突變時動態(tài)響應(yīng)速度快，穩(wěn)態(tài)運(yùn)行電壓電流波動小、跟蹤曲線吻合好，體現(xiàn)穩(wěn)態(tài)精度高的特點(diǎn)，有效解決了傳統(tǒng)干擾觀測法的頻繁擾動和誤判斷問題;建立了LED 燈恒電流雙環(huán)控制模型，有效解決了LED 負(fù)載因過流而瞬間損壞的問題，控制精度較高，動穩(wěn)態(tài)性能較理想。3) 基于MATLAB /Simulink 嵌入式目標(biāo)模塊eZdsp 進(jìn)行控制程序快速生成，將仿真模型和參數(shù)快速應(yīng)用

15、于太陽能LED 照明控制系統(tǒng)，提高了系統(tǒng)開發(fā)的快速性、準(zhǔn)確性，為基于DSP 控制系統(tǒng)的實現(xiàn)與開發(fā)提供了一種快速途徑。 第4章 建議4.1、成品線記得提前測試，比如HDMI高清線；因為線纜是需要提前預(yù)埋的，而成品線在買過來之后，未必一定是好的，如果沒有提前測試，一旦埋進(jìn)去之后，就無法更換，會造成很大的遺憾。所以千萬記住對成品線進(jìn)行提前測試！在幫jenfy 家設(shè)計和實施的時候，因為之前沒有遇到此類狀況，我們忘記了提醒，造成他家書房的高清線最終不能使用，在此也表示深深的歉意！4.2、水電工一定要請專業(yè)的；水電師傅是工程過程中隱蔽工程的實施者，所有的預(yù)埋都有他來處理和實施。所以水電師傅的專業(yè)與否將直接

16、關(guān)系到水電系統(tǒng)的好壞。舉兩個簡單的例子：一、線纜預(yù)埋如果不是很明晰，最終隱蔽掉之后，自己都忘了怎么走向，然后裝修好了后想要在墻上掛一個什么東西，釘子一打，正好打到線了，那只好開墻接線，然后再補(bǔ)，很麻煩！二、又或布線時不注意強(qiáng)弱電的分布，最終造成信號干擾的厲害，很遺憾！所以水電工一定要請的專業(yè)，最好讓他們提供以往的施工照片作為參照，以用來鑒別是否專業(yè)和以后實施時的驗收標(biāo)準(zhǔn)。4.3、一些設(shè)備提前確定品牌型號，以便布線設(shè)計到位；由于一些設(shè)備的品牌型號選擇，將直接影響到布線的走向，所以在預(yù)埋之前最好能夠了解一下設(shè)備，確定自己喜歡的設(shè)備品牌型號，以便裝修時布線的設(shè)計。舉個例子：比如家庭娛樂中心的5.1音

17、響，有功放和低音炮一體化的，也有功放和低音炮分開的，如果裝修實際是必須按照功放和低音炮分開的，那如果設(shè)計成功放和低音炮可以放到一起的那種布線，就麻煩了！所以在提前了解自己喜歡的的設(shè)備的品牌型號很重要！4.4、前期的需求和布線最好找一個專業(yè)人員進(jìn)行設(shè)計，并在過程中進(jìn)行跟蹤監(jiān)督；智能家居還在起步階段，業(yè)主、甚至裝修公司對它的了解都還不是很熟悉，在裝修前期對其了解只是局限在一些概念的疇，無法了解到實質(zhì)的東西。所以很難提出適合自己需要和經(jīng)濟(jì)預(yù)算的需求，施工過程中也無法進(jìn)行把控，以至于裝修時在這塊都是草草了事。4.5、有設(shè)計投影儀和投影幕的，要考慮環(huán)境因素，防止幕布抖動。比如空調(diào)的風(fēng)象會不會吹到幕布；4

18、.6、投影儀安裝位置的吊頂和投影幕的凹槽記得用木工板封板；因為投影儀和投影幕需要固定在吊頂之上，而通常我們的吊頂是用石膏板封板的，石膏板是沒法固定的，所以切記此處要提醒木工老師用木工板封板。4.7、弱電智能化的預(yù)埋底盒采用86盒（專用底盒除外），避免使用連體底盒；因為智能化的面板基本是專用面板，如果采用連體底盒，面板將會扣不起來。不像強(qiáng)電面板，已經(jīng)經(jīng)過長久的積累，產(chǎn)品數(shù)量很豐富，可以用連體盒。參考文獻(xiàn)(References):1 Salas V，Olas E，Barrado A，et al. Review of the maximum power point tracking algorith

19、ms for stand-alone photovoltaic systems J. Solar Energy Materials SolarCells，2006，90(11): 1555-1578.2 Desai H P，Patel H K. Maximum power point algorithm in PV generation: an overview A. IEEE PEDS07 C. 2007. 624-630.3 Femia N，Petrone G，Spagnuolo G，et al. Perturb and observe MPPT technique robustness

20、improved A. IEEE International Symposium on Industrial Electronics C.2004. 845-850.4 Femia N，Petrone G，Spagnuolo G，et al. Optimizing sampling rate of PO MPPT technique J. IEEE Trans.on Aerospace and Electronic Systems，2007，43 ( 3 ):934-950.5 博，爭鳴，穎超，等(Feng Bo，Zhao Zhengming，Zhang Yinchao，et al. ). 基于滑模控制的LED 恒流電源研究( Resear