2022年嵌入式目标模块的太阳能LED照明控制系统分析研究.docx

精品学习资源景德镇高等专科学校机械电子工程系毕业论文欢迎下载精品学习资源系别：机械电子工程系专业： 09 应用电子技术 <营销与服务） 姓名：李端学号： 202102030212指导老师：汪兆栋时间： 2021 年 12 月 1 号摘要太阳能 LED 照明系统作为新型照明方式，不仅具有独立光伏照明系统的诸多优点，如清洁无污染、无需长距离输电导线等，仍具有LED 照明的发光效率高、光线柔和、光伏电池设计容量小等诸多优势；但系统需实现最大功率点跟踪MPPT>掌握、 LED 非线性负载放电掌握和蓄电池充放电掌握等功能，对掌握具有较高要求；本文对掌握系统要求进行分析，分别进行了MPP、T 充电策略和LED 放电掌握的讨论，并采纳 MATLAB /Simulink对主电路和掌握系统进行仿 真；基于仿真模型，采纳嵌入式目标模块eZdsp 生成 TSM320F2812 DSP掌握程序，对仿真模型进行快速转化，并在硬件平台对详细掌握系统进行实现；系统具有动态响应快、启动电流平滑、稳态精度高等优点，从而得出适合太阳能LED 照明系统的掌握方法；欢迎下载精品学习资源关键词 :嵌入式目标模块；最大功率点跟踪； LED 照明目录前言3第 1 章：系统掌握要求分析与实现方法4.1.1 ： MPPT 控 制 的 优化实现51.2 ：LED灯恒流控制的优化实现6图 1.1 ：恒电流双环掌握模型框图1.3 ： 系 统 充 放 电 策略选取71.4 ： 基 于 嵌 入 式 目 标 模 块 的 控 制 程 序 生成7第 2 章：仿真和试验8仿真电路模型及图形图 2.2 ： MATLAB /Simulink仿真8图 2.3 ： 变 步 长 的 改 进 干 扰 观 测 法 MPPT 控 制 的 Simulink模型9欢迎下载精品学习资源图 2.4: MPPT 仿真波形图10图 2.5 ： LED 负 载 放 电电路模型11图2.6：负载电压电流波形12图 2.7 ： 电 压 电 流 实验波形13图2.8：太阳能LED照明控制器实际装置14第 3 章：结论 .1 4.第 4 章 ： 建议 1.5.参考文献 .1 6.前言太阳能 LED 照明系统作为新型照明方式，不仅具有独立光伏照明系统的诸多优点，如清洁无污染、无需长距离输电导线等，仍具有LED 照明的发光效率高、光线柔和、光伏电池设计容量小等诸多优势；但系统需实现最大功率点跟踪 MPPT> 掌握、 LED 非线性负载放电掌握和蓄电池充放电掌握等功能，对掌握具有较高要求；太阳能作为重要的新能源，具有清洁无污染、储量庞大、便于利用等优点； LED发光二极管 >照明系统具有寿命长、发光效率高等优点，也开头广泛应用于照明；太阳能LED 照明系统集中了太阳能和 LED的诸多优点，具有很好的市场前景；但其具有自身的缺陷: 太欢迎下载精品学习资源阳能电池板输出伏安特性 V-I> 曲线为非线性，只有工作在特定电压下才能输出最大功率，需要进行最大功率点跟踪MPPT> 掌握； LED 灯的伏安特性曲线近似为指数函数，因此对掌握精度要求较高，否就简洁损坏；蓄电池作为储能元件，需要牢靠合理的充放电治理策略，才能延长其使用寿命；本文依据上述问题，分别进行了MPPT掌握讨论、 LED 恒流掌握讨论和蓄电池充放电策略讨论，采纳MATLAB /Simulink进行系统主电路和掌握算法综合仿真，得出较为抱负的掌握成效和掌握参 数，并对掌握模型进行移植；第 1 章系统掌握要求分析与实现方法太阳能 LED 照明系统包括光伏阵列、蓄电池、 LED 阵列灯和掌握器几个部分；其掌握器需实现整个系统充放电掌握，对光伏阵列、蓄电池和 LED灯工作状态进行实时检测，并实现充放电切换过程，既要保证光伏阵列最大功率输出，又要保证蓄电池使用寿命和LED 灯安全工作；1.1MPPT控制的优化实现目前 MPPT掌握讨论较多，方法各异，掌握成效各不相同，因此需要选取一种适合实际系统的合理方法；依据文献1-3 ，选取欢迎下载精品学习资源适合小型独立系统的干扰观测法，并对其进行改进，完全可以满意控制需要；传统的干扰观测法在光伏系统中应用最为广泛，能快速精确进行 MPPT掌握，但存在最大功率点邻近反复振荡和特别情形下误判断 的 问 题 ， 如 光 照 强 度 剧 烈 变 化 3 ， 4 ；通过对传统方法的扰动步长s 进行动态调整，即当外界条件变化猛烈时，适当加大扰动步长和掌握周期，当系统运行接近稳态 时，减小扰动步长和掌握周期，可提高系统动稳态精度，有效防止 传统方法的反复振荡；同时，通过变步长方法，可以在检测到功率 变化值 P 较大时，锁定扰动步长为0，当系统处于相对稳固之后连续最大功率点搜寻，即可有效解决传统方法的误判定现象；1.2LED灯恒流控制的优化实现LED 灯负载伏安特性曲线近似为一指数函数，在额定功率邻近di /dU比值特别大，对系统掌握要求较高5，如采纳单环掌握，系统阶数低， LED 负载电压电流淌态响应和稳态精度不行兼顾，很难保证成效；为此依据实际掌握系统需要，建立恒电流双环 掌握模型框图如图 1 所示:欢迎下载精品学习资源系统通过 Iset设置运行参考电流，掌握系统由电压电流传感器 获得采样数据，经系统框图算法最终输出PWM脉冲作用于开关器件MOSFET门极以实现系统掌握；采纳恒电流双环掌握，提高了系统阶 数，并且以参考电流为最终掌握对象，有利于提高LED 负载电流平滑稳定；1.3系统充放电策略选取蓄电池在使用过程中，充放电策略对其寿命具有重要影响6，7；由于系统需要尽可能最大功率输出并储存以充分利用光伏阵 列，因此充电策略需要既满意MPPT需求，也能解决蓄电池寿命问题；选取以下充电策略可以满意要求:MPPT 充电掌握 : 在电池端电压低于设定值 Vset 时，采纳 MPPT掌握进行最大功率充电，尽可能保证光伏阵列输出最大功率，提高光伏阵列利用率；限功率充电掌握:欢迎下载精品学习资源当蓄电池端电压达到 Vset 时，采纳限功率充电掌握，设定充电功率P Pset ，此时充电电流 iP 小于 MPPT充电电流 iMPP，系统不再进行 MPPT掌握；浮充掌握 : 当蓄电池端电压接近饱和电压Vf时， 系统进一步降低充电电流，严格掌握充电电压Vc = Vf ，进入小电流浮充阶段，最终完成整个充电过程；1.4基 于 嵌 入 式 目 标 模 块 的 控 制 程 序 生 成依据 MATLAB /Simulink仿真模型，利用 Simulink中 EmbeddedTarget for TI C2000模块，对掌握算法进行移植，并加入eZdsp 模 块 对 DSP 资 源进行 配 置 ， 即 可快 速 编译生 成 控 制系 统 中TMS320F2812DSP的掌握代码；由于采纳了算法移植，使仿真结果能 快速精确地在实际系统中得到验证，并依据仿真结果可对掌握算法进行快速修改，大大提高效率 8；欢迎下载精品学习资源第2章仿真和实验在 MATLAB /Simulink仿真中，建立如图2 的主电路模型，主要由 Buck 主电路、传感器和光伏阵列模型组成；建立变步长的改进干扰观测法MPPT掌握的 Simulink模型如图3 所示:欢迎下载精品学习资源欢迎下载精品学习资源图 4a> 中，在光照强度快速变化时，光伏阵列输出电压只有柔弱波动，而输出电流变化明显，与抱负MPPT跟踪成效完全吻合；电流波形动态响应时间短、稳态波动小，表达出很好的掌握性能； 图 4b> 中，系统从开头运行经过一段时间即稳固运行在最大功率点欢迎下载精品学习资源邻近，当光照强度猛烈变化时，能快速精确运行在新的最大功率点处；波形中同一光照强度下的运行点变化范畴较小，充分解决了干扰观测法在最大功率点邻近反复振荡扰动和光照猛烈变化显现误判定的问题；基于 Simulink建立如图 5 的 LED 负载放电电路模型，系统中VS1、VS2、CS1、CS2 分别为电压、电流传感器，电路将蓄电池经Boost电路升压后接 LED 负载，掌握程序利用图 1 所示掌握算法依据采样数据最终输出 PWM脉宽信号作用于 MOSFET以实现系统控 制；欢迎下载精品学习资源设置 LED 启动参考电流为 0. 5A ，在 0. 6s时转变参考电流为0. 6A进行系统动稳态性能仿真，其负载电压电流波形如图6 所示；图 6 中， LED 启动电流不带有尖峰，可充分爱护其免遭因尖峰电压导致瞬时过流而造成的损坏；在转变参考电流后，输出电流波形超调很小，动态响应相对较快，稳态精度较高；欢迎下载精品学习资源依据以上模型，采纳300W光伏电池、蓄电池组和50W LED灯构建实际系统，建立系统主电路和TMS320F2812掌握板，采纳嵌入式目标模块生成掌握代码 8，最终由 DSP 实现系统掌握，系统MPPT运行和 LED 负载启动时电压电流试验波形如图7 所示；图 7a> 的波形为在光照强度发生猛烈变化时间伏阵列输出电压电流试验波形；波形在光照发生猛烈变化时，光伏阵列输出电压微 弱变化，但电流发生明显变化，充分表达MPPT掌握算法能快速精确地进行掌握，动态响应较快，稳态误差较小；欢迎下载精品学习资源LED 灯负载属于半导体器件，瞬时过压或过流就会导致损毁， 因此试验中掌握好启动过程，尽可能减小电压尖峰、电流毛刺尤为重要；图 7b> 中设定 LED 灯启动时参考电流值为0. 4A ，波形显示LED负载在启动时平滑稳固，没有电压尖峰和电流毛刺产生，可保证 LED 灯安全稳固运行，掌握性能较为抱负；基于以上讨论，太阳能 LED 照明掌握器实际装置如图 8 所示；欢迎下载精品学习资源第 3 章 结论1> 建立了太阳能 LED 照明掌握系统的主电路MATLAB /Simulink仿真模型，在仿真结果基础上实现了太阳能LED 照明系统控制器；2> 对变步长的改进干扰观测法进行仿真，并在实际系统中加以实现，由图 4 可知系统MPPT掌握中，光照突变时动态响应速度快，稳态运行电压电流波动小、跟踪曲线吻合好，表达稳态精度高 的特点，有效解决了传统干扰观测法的频繁扰动和误判定问题；建立了 LED 灯恒电流双环掌握模型，有效解决了LED 负载因过流而瞬时 损 坏 的 问 题 ， 控 制 精 度 较 高 ， 动 稳 态 性 能 较 理 想 ；3> 基于 MATLAB /Simulink 嵌入式目标模块 eZdsp 进行掌握程序快速生成，将仿真模型和参数快速应用于太阳能 LED 照明掌握系统，提高了系统开发的快速性、精确性，为基于 DSP 掌握系统的实现与开发供应了一种快速途径；第 4 章建议欢迎下载精品学习资源4.1 、成品线记得提前测试，比如HDMI高清线； 由于线缆是需要提前预埋的，而成品线在买过来之后，未必肯定是好的，假如没有提前测试，一旦埋 进去之后，就无法更换，会造成很大的遗憾；所以千万记住对成品线进行提前 测试！在帮jenfy家设计和实施的时候，由于之前没有遇到此类状况，我们遗忘了提示，造成他家书房的高清线最终不能使用，在此也表示深深的歉意！4. 2、水电工肯定要请专业的；水电师傅是工程过程中隐藏工程的实施者，全部的预埋都有他来处理和实施；所以水电师傅的专业与否将直接关系到水电系统的好坏；举两个简洁的例子：一、线缆预埋假如不是很明晰，最终隐藏掉之后，自己都忘了怎么走向，然后装修好了后想要在墙上挂一个什么东 西，钉子一打，正好打到线了，那只好开墙接线，然后再补，很麻烦！二、又或布线时不留意强弱电的分布，最终造成信号干扰的厉害，很遗憾！所以水电工肯定要请的专业，最好让他们供应以往的施工照片作为参照，以用来鉴别是否专业和以后实施时的验收标准；4. 3、一些设备提前确定品牌型号，以便布线设计到位； 由于一些设备的品牌型号挑选，将直接影响到布线的走向，所以在预埋之前最好能够明白一下设备，确定自己喜爱的设备品牌型号，以便装修时布线的设计；举个例子：比如家庭消遣中心的5.1音响，有功放和低音炮一体化的，也有功放和低音炮分开的，假如装修实际是必需依据功放和低音炮分开的，那假如设计胜利放和低音炮可以放到一起的那种布线，就麻烦了！所以在提前明白自己喜爱的的设备的品牌型号很重要！4. 4、前期的需求和布线最好找一个专业人员进行设计，并在过程中进行跟踪监督； 智能家居仍在起步阶段，业主、甚至装修公司对它的明白都仍不是很熟悉，在装修前期对其明白只是局限在一些概念的范畴，无法明白到实质的东 西；所以很难提出适合自己需要和经济预算的需求，施工过程中也无法进行把控，以至于装修时在这块都是草草了事；4. 5、有设计投影仪和投影幕的，要考虑环境因素，防止幕布抖动；比如空调的风象会不会吹到 幕布； 4. 6、投影仪安装位置的吊顶和投影幕的凹槽记得用木工板封板； 由于投影仪和投影幕需要固定在吊顶之上，而通常我们的吊顶是用石膏板封板的，石膏板是没法固定的，所以切记此处要提示木工老师用木工板封板；4. 7、弱电智能化的预埋底盒采纳86 盒<专用底盒除外），防止使用连体底盒； 由于智能化的面板基本是专用面板，假如采纳连体底盒，面板将会扣不起来；不像强电面板，已经经过长期的积存，产品数量很丰富，可以用欢迎下载精品学习资源连体盒；参考文献References>: 1 Salas V ，Olías E ，Barrado A ，et al. Review of the maximum powerpointtrackingalgorithmsforstand-alone photovoltaic systems J. Solar Energy Materials SolarCells，2006，9011>:1555-1578. 2 DesaiH P ， PatelH K.Maximum powerpoint欢迎下载精品学习资源algorithm in PV generation: an overview A . IEEE PEDS'07C.2007.624-630. 3 Femia N ， Petrone G ， Spagnuolo G ， et al. Perturb and observe MPPT technique robustness improved A . IEEE InternationalSymposiumonIndustrialElectronicsC.2004.845-850. 4 FemiaN ， PetroneG ， SpagnuoloG ， etal. Optimizing sampling rate of P O MPPT technique J . IEEETrans.onAerospaceandElectronicSystems，2007 ， 433>:934-950. 5 冯 博 ， 赵 争 鸣 ， 张 颖 超 ， 等 Feng Bo ， Zhao Zhengming， Zhang Yinchao ，et al. >. 基于滑模掌握的 LED 恒流电源讨论 Research on constant current source for LED basedon sliding mode control> J . 电工电能新技术 Adv. Tech. of Elec. Eng. Energy> ， 2021 ， 274>:9-13. 6 Wu Libo ， Zhao Zhengming ， Liu Jianzheng ， et al.Implementationofastand-alonephotovoltaiclighting system with maximum power point tracking and high pressure sodium lampA. IEEE Power Electronics and Drive SystemsC.2003.1570-1573. 7 吴 理博 ， 赵 争 鸣 ， 刘 建 政 ， 等 Wu Libo ， Zhao Zhengming， Liu Jianzheng ，et al. >. 独立光伏照明系统中的能欢迎下载精品学习资源量治理掌握 A novel energy management and control for stand-alone photovoltaic lighting system>J.中国电机工程学报Proc.CSEE>，2005，2522>:68-72. 8 MathworksCorp.Embedded TargetforTIC2000 tm> DSPZ . MATLAB R2007b Helping Files system， 2007.欢迎下载