飛輪儲(chǔ)能電池電力電子轉(zhuǎn)換控制系統(tǒng)研究

摘要電力的儲(chǔ)蓄在現(xiàn)代社會(huì)中的作用越來摘要電力的儲(chǔ)蓄在現(xiàn)代社會(huì)中的作用越來越重要，特別是在許多高科技行業(yè)代加工制造中心、計(jì)算中心、通信服務(wù)中心、電動(dòng)車輛、金融服務(wù)等領(lǐng)域力系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性要求非常苛刻。傳統(tǒng)的蓄電池作為一種電力儲(chǔ)蓄裝置，管其應(yīng)用泛圍很廣泛、性能也在逐漸提高，但是一直無法擺脫化學(xué)電池固有的弊病。而作為一種純機(jī)電的儲(chǔ)能系統(tǒng)——飛輪電池，由于其具有比能量大、比功率無二次污染、壽命長等優(yōu)點(diǎn)，在短短的時(shí)間內(nèi)得到了很快的發(fā)展。本論文在查閱了大量國內(nèi)外相關(guān)研究的基礎(chǔ)上，以電動(dòng)車輛和不間斷電源為應(yīng)用背景．進(jìn)行了中小功率飛輪電池的電力電子轉(zhuǎn)換控制系統(tǒng)的硬件電設(shè)計(jì)。通過應(yīng)用先進(jìn)的電壓矢量控制和直流升降壓斬波技術(shù)，采用電壓、電流和速的閉環(huán)控制，結(jié)合多種保護(hù)措施和降低功耗方法，使得該系統(tǒng)具有工作安全可靠、功耗低等優(yōu)點(diǎn)。最后建立起該飛輪電池系統(tǒng)的充放電過程的數(shù)學(xué)模型，并MATLAB語言編程來對充放電過程進(jìn)行了仿真。結(jié)果表明該控制系統(tǒng)的工作關(guān)鍵詞：飛輪電池，電力電子，仿真，永磁同步電機(jī)(PMSM)，MATLAB語!!壁=!j；蘭竺主型壅圭笙立絲堡堂皇墊皇壟皂量塑墊壟型至墮塑 services，electricvehicle，financeofaaofchem潛aofitashortagreatlotaisandsoftwareofuninterruptibletheisonthesafehighertheBoost--!!壁=!j；蘭竺主型壅圭笙立絲堡堂皇墊皇壟皂量塑墊壟型至墮塑 services，electricvehicle，financeofaaofchem潛aofitashortagreatlotaisandsoftwareofuninterruptibletheisonthesafehighertheBoost--controlledmanythemathematicsreducingresultthecoursegoodgoodsyntheticalMotor(PMSM)，MATLAB!坐墅壁蘭堡圭竺鎏生!坐墅壁蘭堡圭竺鎏生蘭二笪緒飛輪儲(chǔ)能電池的產(chǎn)生及其發(fā)用電的形式消耗掉的。而由于電力系統(tǒng)的不可靠，許多國家每年都要遭受大量的經(jīng)250的儲(chǔ)蓄在現(xiàn)代社會(huì)中的應(yīng)用越來越廣泛，特別是對于許多高技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域，如網(wǎng)絡(luò)管理中心、計(jì)算中心、精密制造中心等這些對電力穩(wěn)定性要求高的場所，此外，在航空航天、汽車工業(yè)、國防工業(yè)、電力工業(yè)等領(lǐng)域，電力的儲(chǔ)蓄也有大量的應(yīng)用”。自1859史，其應(yīng)用范圍也越來越廣泛。與此同時(shí)蓄電池的技術(shù)和種類也經(jīng)歷了很大的發(fā)展和改進(jìn)?，F(xiàn)在應(yīng)用較多的蓄電池主要有：鉛酸、鎳鎘、M}}-制j、Li離子、鋅一鎳、N—形式來儲(chǔ)蓄電的，因此它們也存在共同的缺點(diǎn)：比能量、比功率低，充電時(shí)間長，壽命短。而飛輪電池作為一種新概念蓄電池，它突破了傳統(tǒng)的蓄電池的化學(xué)反應(yīng)方法，作為一種純機(jī)電方式的電力儲(chǔ)蓄裝置，飛輪儲(chǔ)能電池克服了化學(xué)電池的所有以上缺點(diǎn)，且其比能量、比功率大大高于一般的化學(xué)電池和內(nèi)燃機(jī)。此外飛輪電池還度。因此，飛輪電池于上世紀(jì)90年代初一被提出，就引起人們高度的重視，研究熱潮久盛不衰，現(xiàn)在有些公司已有產(chǎn)品推向市場，并取得很好的社會(huì)和經(jīng)濟(jì)1．1，1常用蓄電池蓄電池作為一種電力存儲(chǔ)裝置，由于其應(yīng)用領(lǐng)域的擴(kuò)大和要求的不同，蓄電池技術(shù)和種類也取得了驚人的發(fā)展。目前，蓄電池的性能指標(biāo)主要有比能量、比功率和1．1。1．1鉛酸蓄電池是使用最早的蓄電池，已有10多年的歷史了。廣泛用于汽車起動(dòng)電源、電動(dòng)車動(dòng)力源、拖拉機(jī)、小型運(yùn)輸車和實(shí)驗(yàn)室中。最近數(shù)年來由于密封技術(shù)的發(fā)展，鉛酸蓄電池也廣泛的用于潛艇、坦克、飛機(jī)、計(jì)算機(jī)、通訊、太陽電池等的主且一次充電行駛里程較短：另一且一次充電行駛里程較短：另一個(gè)是使用壽命短，使用成本過1．1．1．2鎳鎘蓄電目前，鎳鎘蓄電池的應(yīng)用廣泛程度僅次于鉛酸蓄電池，其比能量可達(dá)比功率超過190w／kg，可快速充電，循環(huán)使用壽命較長，是鉛酸蓄電池的兩倍多，可達(dá)到2000多次，但價(jià)格為鉛酸蓄電池的4—5倍。它的初期購置成本雖高，但由于其在能量和使用壽命方面的優(yōu)勢，因此其長期的實(shí)際使用成本并不高。由于重金屬鎘1．1，1．3蓄電池的公司主要是Ovonie公司，它現(xiàn)有80A·h和130A．h兩種單元電池，并由30kw·h和50kw·h兩種規(guī)格的電池。其比能量達(dá)75—80w·h／kg，比功率達(dá)160-循環(huán)使用壽命超過600池技術(shù)的發(fā)展，其比能量可超過80w·h／kg，循環(huán)使用壽命可超過2000次，遠(yuǎn)景價(jià)格降至150美元／kw-h1．1．1．4鈉硫蓄電鈉硫蓄電池也是近期普遍看好的電動(dòng)汽車蓄電池，美國福特汽車公司的電動(dòng)汽車就是采用的鈉硫蓄電池。它已被美國先進(jìn)電池聯(lián)合體(usMABc)列為中期發(fā)展的電動(dòng)汽車蓄電池，德[]ABB公司生產(chǎn)的B240K型鈉硫蓄電池，其質(zhì)量為175kg，蓄電量kw·h，比能量達(dá)109w·h／kg，循環(huán)使用壽命1200次，裝車試驗(yàn)時(shí)好的一輛車無故障地行駛了2300km。目前鈉硫蓄電池主要存在高溫腐蝕嚴(yán)重、電1．1．1．5鋰電電池等，鋰離子電池比能量的理論值為570w-h／kg量為此還有很大1．1．1．6鋅空氣電鋅空氣電池潛在的比能量在200w·肌g左右，美國DEMI塑堂!塑主!垡蘭絲出大電流及難以充電等缺點(diǎn)。美國的cIⅨ電動(dòng)汽車裝的就是鋅空氣電池，該補(bǔ)鋅空氣電池的不足，另外還在車上裝有鎳鎘蓄電池以幫助汽車起動(dòng)和加速，車的鋅空氣電池組質(zhì)量為340蠔，充足電后可存儲(chǔ)45kw．h的能量，同時(shí)裝備CX的重159魄的鎳鎘蓄電池充足電后；fi'4kw-h能量。充電1分鐘可使c塑堂!塑主!垡蘭絲出大電流及難以充電等缺點(diǎn)。美國的cIⅨ電動(dòng)汽車裝的就是鋅空氣電池，該補(bǔ)鋅空氣電池的不足，另外還在車上裝有鎳鎘蓄電池以幫助汽車起動(dòng)和加速，車的鋅空氣電池組質(zhì)量為340蠔，充足電后可存儲(chǔ)45kw．h的能量，同時(shí)裝備CX的重159魄的鎳鎘蓄電池充足電后；fi'4kw-h能量。充電1分鐘可使cIⅨ電動(dòng)汽車行駛65km，充電-d,時(shí)則可行駛160km1．1．1．7燃料電池是一種將儲(chǔ)存在燃料和氧化劑中的化學(xué)能通過電極反應(yīng)直接轉(zhuǎn)化為電電池的化學(xué)能轉(zhuǎn)換效率在理論上可達(dá)100％，實(shí)際效率已達(dá)60％一80％，是普通內(nèi)燃機(jī)熱效率的—3倍?，F(xiàn)在應(yīng)用于電動(dòng)汽車中的燃料電池是一種被稱為質(zhì)子交換膜燃料電池(PEMFc)，它以純氫為燃料，以空氣為氧化劑。在1993年加拿大溫哥華科技展覽會(huì)上，加拿大的BALLABC公司推出了世界上第一輛以PEMFC電池為動(dòng)力的電動(dòng)公共汽車，載客20人，可行駛160km，最高速度72．2km／h。德國奔馳汽車公司也制了以PEMFC電池為動(dòng)力的電1．1．1．8飛輪電飛輪電池是90年代才提出的一種新概念蓄電池，它突破了化學(xué)蓄電池的局限，用定的動(dòng)能，飛輪電池正是使電能轉(zhuǎn)換成動(dòng)能，然后把電能以動(dòng)能的形式儲(chǔ)存起來，飛輪電池的比能量可達(dá)150w·h／kg，比功率達(dá)5000．10000w／kg，使用壽命長達(dá)25年，50所需的時(shí)間僅為6．5秒表1—熊量功率比比電池類備注鉛酸成本低成本高：充電快150—無污染；充電快充電160—壽命鈉硫電短小鋅空氣電25可快速充飛輪電飛輪儲(chǔ)能電池電力}乜于轉(zhuǎn)換控制系統(tǒng)飛輪儲(chǔ)能電池電力}乜于轉(zhuǎn)換控制系統(tǒng)的飛輪作為一種儲(chǔ)能手段，在工業(yè)中已經(jīng)有200多年的歷史，但是把它作為儲(chǔ)能池卻是在90年代才被提出，主要是因?yàn)轱w輪電池的發(fā)展涉及到包括復(fù)合材料科學(xué)力電子技術(shù)、磁懸浮技術(shù)、超真空技術(shù)、微電子控制系統(tǒng)等許多學(xué)科的技術(shù)支持以電動(dòng)機(jī)的形式運(yùn)行，在外電源的驅(qū)動(dòng)下，帶動(dòng)飛輪加速旋轉(zhuǎn)，達(dá)到極高的轉(zhuǎn)速，從而完成電能到機(jī)械能的存儲(chǔ)過程，使電能以動(dòng)能的形式存儲(chǔ)起來。放電時(shí)，飛輪中電機(jī)處于發(fā)電機(jī)狀態(tài)運(yùn)行，把飛輪的動(dòng)能轉(zhuǎn)化為電能，并隨著電能的輸出，輪的轉(zhuǎn)速也逐漸下降，完成機(jī)械能到電能的釋放。圖1—飛輪儲(chǔ)能系統(tǒng)的工飛輪電池的理論基礎(chǔ)很簡單，就是動(dòng)能定理：E=圭砌2，由此可知，我Z通過兩種途徑來改變能量的存儲(chǔ)量：①增大轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，即增大飛輪的質(zhì)量或改變速的飛輪產(chǎn)生很大的離心力，所以要求制造的飛輪的材料有很高的抗拉強(qiáng)度。而前材料科學(xué)的發(fā)展，已經(jīng)使通過增大飛輪的轉(zhuǎn)速來提高飛輪電池的儲(chǔ)能量成為可能。飛輪電池的典型圖1—4典型的飛輪儲(chǔ)典型的飛輪儲(chǔ)能電池主要由以下幾部分組成(如圖1—2)：①復(fù)合材料飛輪、承和事故屏1．3飛輪儲(chǔ)能電池的最新發(fā)展動(dòng)態(tài)1，3．1復(fù)合材料飛飛輪電池所存儲(chǔ)的能量是由飛輪的質(zhì)量、速度和幾何形狀來決定的。而提高飛輪的轉(zhuǎn)速是使飛輪能夠存儲(chǔ)更多能量的最佳方法，這就對制造飛輪的材料的強(qiáng)度(特別是抗拉伸強(qiáng)度)提出很高要求，所幸目前材料科學(xué)的發(fā)展已經(jīng)使得采用這種方法成為可能。目前飛輪一般采用高強(qiáng)度的碳素纖維和環(huán)氧樹脂等復(fù)合材料來制造，據(jù)報(bào)道如采用芳侖纖維(kcar)，其理論能量密度可達(dá)至130w-h／kg，但由于技術(shù)原因，目前只能達(dá)至]134·h／kg，因此還有很大的潛力可開發(fā)。美國NAA小組期望0年后000rmi50h／kg。GRAG輪的異構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)方面處于領(lǐng)先地位，他們采用遺傳算法和進(jìn)化設(shè)計(jì)技術(shù)，能夠科學(xué)地計(jì)算出最優(yōu)的飛輪制造材料和幾何形狀的組合。他們首先把飛輪假設(shè)為許多單元環(huán)，再應(yīng)用遺傳算法給每個(gè)單元環(huán)選擇材料，同時(shí)通過選擇每兩個(gè)環(huán)之間的高度來確定飛輪1．3．2在飛輪電池中有一個(gè)既可用作發(fā)電機(jī)也可用作電動(dòng)機(jī)的集成電機(jī)。目前飛輪電池應(yīng)用的集成電機(jī)主要有感應(yīng)電機(jī)、開關(guān)磁阻電機(jī)和永磁無刷直口i5，交流電機(jī)。在實(shí)際應(yīng)用中以采用永磁無刷直流，交流電機(jī)的居多，尤其是轉(zhuǎn)速在30，000r／min以上的飛輪儲(chǔ)能系統(tǒng)中。永磁電機(jī)結(jié)構(gòu)簡單、成本低、恒功率調(diào)速范圍寬，在各種運(yùn)行條件下都有較高的效率，而且其速度可做的很高，目前永磁電機(jī)的轉(zhuǎn)速可達(dá)20，00r／mn，ndig3相高1．3．3支攆軸機(jī)械1．3．3支攆軸機(jī)械軸承。如美國Clean研究中心開發(fā)的用于國際空間站的飛輪電的是電磁懸浮軸承，同時(shí)還各有當(dāng)電磁懸浮軸承失效時(shí)的機(jī)械軸承，其工達(dá)85％SI動(dòng)態(tài)分析，成功地開發(fā)出內(nèi)部含有固體潤滑劑的陶瓷軸承，并應(yīng)用在其生產(chǎn)的飛輪電池中，最新該公司又研制出基于真空罩的超低損耗軸承，其摩擦系數(shù)只有0．00001電力電子轉(zhuǎn)換器作為飛輪電池中電能和機(jī)械能轉(zhuǎn)換的橋梁，它是控制整個(gè)飛輪儲(chǔ)能系統(tǒng)正常工作的核心組成部件。它主要的功能是控制集成電機(jī)，實(shí)現(xiàn)電能與機(jī)械能的相互轉(zhuǎn)換。充電時(shí)，先將交流電整流成直流，然后經(jīng)過逆變電路轉(zhuǎn)換成驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)所需的電壓；放電時(shí)，則先將集成電機(jī)輸出的幅值變化的正弦電壓經(jīng)過整流電路轉(zhuǎn)變成直流電壓，然后再把這個(gè)電壓幅值變化的直流電壓經(jīng)過斬波電路轉(zhuǎn)變成幅IGB體WMR公司的電力電子控制器采用正弦電流脈寬調(diào)制技術(shù)，通過反饋直流電壓、飛輪轉(zhuǎn)速、飛輪振動(dòng)來防止過速、監(jiān)視能量存儲(chǔ)、釋放等狀態(tài)。該系統(tǒng)主要包括安全保護(hù)、軸承CD2學(xué)也開發(fā)出“敏捷微處理器電力轉(zhuǎn)換系統(tǒng)”用于電力轉(zhuǎn)換器的真空腔主要功能是降低風(fēng)損、提高效率，同時(shí)還具有屏蔽事故的功能。目前真空度一般可達(dá)到10。5pa飛輪轉(zhuǎn)子，輔助軸承一般采用機(jī)械軸承。妻IRPM公司的著地軸承采用旋轉(zhuǎn)接觸球軸承，而且不需要潤滑；而NAsA的輔助軸承則采用電磁懸浮軸承和機(jī)械軸承相結(jié)合。由于飛輪的轉(zhuǎn)速極高，其慣性力也是很大，一旦飛輪由于事故或老化等意外而破裂，很容易傷害周圍的人和設(shè)備，因此事故屏蔽容器作為飛輪電池中的安全保護(hù)裝置是飛輪電池的重要組成部分。目前，國外許多研究機(jī)構(gòu)對飛輪電池做過大量的沖撞和爆炸試驗(yàn)，結(jié)累了一些十分珍貴的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，通過分析和參考這些試驗(yàn)，我們可以設(shè)計(jì)出較為理想的飛輪容器。又因?yàn)槭鹿势帘稳萜鞯慕Y(jié)構(gòu)與飛輪電池的安全密切相6緒自由旋轉(zhuǎn)的石墨增強(qiáng)的復(fù)合材料圓筒襯套，當(dāng)飛輪轉(zhuǎn)子產(chǎn)生爆裂時(shí)，它能夠吸收和耗散瓦礫的徑向能量，通過摩擦耗散瓦礫的旋轉(zhuǎn)能量，降低傳給轉(zhuǎn)子支座和支承零件的力距負(fù)載，理想的襯套是具有很高的強(qiáng)度(以抵抗初始的沖擊)、低的慣性距(以便由旋轉(zhuǎn)的瓦礫通過摩擦產(chǎn)生的力距使襯套的角速度快速增加，直至襯套和瓦礫達(dá)到相同的緒自由旋轉(zhuǎn)的石墨增強(qiáng)的復(fù)合材料圓筒襯套，當(dāng)飛輪轉(zhuǎn)子產(chǎn)生爆裂時(shí)，它能夠吸收和耗散瓦礫的徑向能量，通過摩擦耗散瓦礫的旋轉(zhuǎn)能量，降低傳給轉(zhuǎn)子支座和支承零件的力距負(fù)載，理想的襯套是具有很高的強(qiáng)度(以抵抗初始的沖擊)、低的慣性距(以便由旋轉(zhuǎn)的瓦礫通過摩擦產(chǎn)生的力距使襯套的角速度快速增加，直至襯套和瓦礫達(dá)到相同的角速度為物理系儲(chǔ)能飛輪實(shí)驗(yàn)室是國內(nèi)晟早研究儲(chǔ)能飛輪的實(shí)驗(yàn)室，也是國內(nèi)研究成果最好的實(shí)驗(yàn)室。1997年該實(shí)驗(yàn)室設(shè)計(jì)出第一套復(fù)合材料飛輪系統(tǒng)，轉(zhuǎn)子熏8kg，直徑23cm，1998年成功運(yùn)轉(zhuǎn)至048000r／min，線速度580rn／s，并實(shí)現(xiàn)充放電。1999年實(shí)驗(yàn)室設(shè)計(jì)出第二代飛輪，重15kg，直徑30em，于2001年4月成功運(yùn)轉(zhuǎn)到700周，線速度650n-s，儲(chǔ)能量500w·h1．4飛輪儲(chǔ)能電池的實(shí)際應(yīng)用人可以接受的水平，而且其應(yīng)用領(lǐng)域也越來越廣泛，目前已有一些公司生產(chǎn)的飛輪電池投入實(shí)用，其主要應(yīng)用到以下一些行業(yè)?？梢陨钚烹S著飛輪電池性價(jià)比的進(jìn)一步1．4．1目前，電動(dòng)車輛的起步、加速所需的大電流直接影響了一般化學(xué)蓄電池的選用和壽命，而飛輪電池技術(shù)的進(jìn)步和發(fā)展，以及其控制技術(shù)的成熟，成功地解決了這個(gè)問題。從而使得飛輪電池在純電動(dòng)車輛和混合電動(dòng)車輛中都有很好的應(yīng)用前景。組，已經(jīng)研究出可以存儲(chǔ)能量為于電動(dòng)汽車，在軍事上用于戰(zhàn)斗車輛、電磁炮、電磁懸浮(在高機(jī)動(dòng)多用途輪式和M1坦克上已用)、電磁干涉，其運(yùn)行時(shí)的損失只有1％／h。美國的AFS公司和Hnvell公司研究的飛輪電池已經(jīng)被安裝在德國的Bw汽車做實(shí)驗(yàn)。PA(美國國1y步兵戰(zhàn)斗車、高機(jī)動(dòng)多用途輪式車、M939A1貨運(yùn)卡車、電動(dòng)航空器。據(jù)報(bào)道，美國一家汽車公司與飛輪公司合作，推出了四門豪華型電動(dòng)汽車ASF20，由飛輪電池提供動(dòng)力，每充一次電約需6,b時(shí)，能使汽車行駛差不多1000公里。此外，美國聯(lián)邦鐵路局也計(jì)劃研究用于高速列車的飛輪電1．4．2不問斷電美國飛1．4．2不問斷電美國飛輪系統(tǒng)公司(AFS)在飛輪UPS和穩(wěn)壓技術(shù)方面處于領(lǐng)先地位，它的飛輪UPS系統(tǒng)的重量是同功率的化學(xué)電池的5％～10％，占地面積只有使用壽命達(dá)20年，此外，其充電只要10分鐘甚至更短的時(shí)間。2000年12月，AFSC'Power將用AFS的飛美C+Power公司成為戰(zhàn)略合作伙伴電源作為其高可靠電源系統(tǒng)的主要組成部分為其網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)服務(wù)。RPM公司正的儲(chǔ)能2kw·h、功率為lkw的飛輪UPS預(yù)計(jì)將在今年上市，儲(chǔ)能50kwth、功率0w的飛輪S也將在3年內(nèi)完成。加拿大CMT能源研究中心也開發(fā)了用于S的飛輪電池，功率1500w，儲(chǔ)能1100w-h，重量65kg，轉(zhuǎn)速15000～45000r／min。TSI公司開發(fā)的全機(jī)械飛輪電池，其設(shè)計(jì)簡單、造價(jià)低、20年零維修，飛輪轉(zhuǎn)速達(dá)50000r／min1．4．3國際空間目前，國際太空站是利用太陽能電池作為其動(dòng)力來源。但是，當(dāng)太空站轉(zhuǎn)到背著太陽的一面時(shí)，太陽能電池吸收不到太陽光，便不能工作。由于太空站每九十分鐘環(huán)繞地球一圈，當(dāng)太空站轉(zhuǎn)到背著太陽的一面時(shí)，便要依靠太空站上的化學(xué)電池提供能源。然而一般的化學(xué)電池會(huì)慢慢地?fù)p耗，因此，科學(xué)家要定期更換太空站上的電池。另一方面，以前太空飛船常需要應(yīng)用飛輪的駝螺效應(yīng)來控制飛船的姿態(tài)，而NASA的飛輪電池既可控制姿態(tài)又可存儲(chǔ)能量，還具有比能量大、體積小、效率高、壽命長，使得飛輪電池成為可以替換國際空間站(TSS)的化學(xué)電池的最佳選擇。美[]NASAGlenn研究中心、AFS公司、TRW公司、TexasA&M大學(xué)和Boing公司聯(lián)合開8516000mn速的2～1．5倍(1870英里／d,時(shí))，而且在沒有負(fù)載時(shí)轉(zhuǎn)子至少12d'時(shí)才停止轉(zhuǎn)動(dòng)。Hytech設(shè)計(jì)的Kinmo飛輪電池在60000r／rain的轉(zhuǎn)速下可靠運(yùn)行，90000次充放電性能不下降，美國陸軍工程部已經(jīng)訂購了七套用于JohnH．Kerr水電站，目前正在和公司合作，并被Boing公司核準(zhǔn)為NASA的“十年空間站計(jì)劃”的電池供應(yīng)1．4．4電力調(diào)立堂型苧墅生蔓嬰壟蘭方立堂型苧墅生蔓嬰壟蘭方向。德[虱Gmbh公司1996年著手研究的儲(chǔ)能飛輪電站每只飛輪重達(dá)30T，直徑3．5m、高6．5m，轉(zhuǎn)子運(yùn)行轉(zhuǎn)速為2250～4500r／min最大外緣速度600m／s，系統(tǒng)的效率96％。美國馬里蘭大學(xué)也已經(jīng)研究出用于電力調(diào)峰的的電磁懸浮除此之外，飛輪電池也可用在賽車、大功率電焊機(jī)、風(fēng)力發(fā)電站、太陽能發(fā)電等。例如在風(fēng)力發(fā)電站，如果沒有風(fēng)或是風(fēng)中斷時(shí)，電能存儲(chǔ)系統(tǒng)是非常重要的在美國Texas州的西部有個(gè)用于風(fēng)力發(fā)電的飛輪儲(chǔ)能系統(tǒng)，一個(gè)277kw·h的飛輪電池，其價(jià)格為796美：元Acwth。1．5本論文的主要由于飛輪電池與其它蓄電池相比具有很多優(yōu)勢，而且具有很廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域和很好的應(yīng)用前景，使得其吸引了越來越多的科學(xué)家的研究熱情。目前，隨著在復(fù)合材料、電力電子器件、現(xiàn)代微電子控制技術(shù)、磁懸浮和超導(dǎo)磁懸浮技術(shù)和真空技術(shù)等許多關(guān)鍵性技術(shù)上都取得了很大的突破，飛輪電池在其性價(jià)比和實(shí)用性上都得到了很大的提高?？梢陨钚烹S著技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展和研究的深入，飛輪電池在實(shí)際中的應(yīng)用會(huì)更電力電子轉(zhuǎn)換器作為飛輪儲(chǔ)能系統(tǒng)的重要組成部分，它是整個(gè)飛輪儲(chǔ)能系統(tǒng)調(diào)工作的“指揮者”。本論文在吸取了國內(nèi)外科研機(jī)構(gòu)在飛輪電池的電力電子轉(zhuǎn)換器方面所做的研究的基礎(chǔ)上，并結(jié)合最新的電機(jī)調(diào)速技術(shù)和直流斬波原理，進(jìn)一步提高了其工作效率和改善了飛輪在充放電過程中的動(dòng)靜態(tài)性能，使飛輪電池充電速度快，放電過程穩(wěn)定，工作更可靠。在此基礎(chǔ)上我們設(shè)計(jì)出了如圖l一3所示的控制系統(tǒng)，該控制系統(tǒng)是由微處理器、IGBT功率變換器、電流電壓測量電路、速度測量電路、溫度測量電路、電源整流電路及微處理器外圍接口電路組成。該控制系統(tǒng)單元的工作過程是：電流、電壓和溫度傳感器采集到電機(jī)的電流、電壓和主電路的工作溫度，經(jīng)過信號(hào)的放大、濾波處理，供微處理器的ADC來采樣轉(zhuǎn)換成數(shù)字量。位置和速度傳感器采用增量式光電編碼器，光電編碼器的輸出信號(hào)被輸／X,DSP的QEPl和QEP29]腳進(jìn)行計(jì)數(shù)，經(jīng)過DSP計(jì)算得到飛輪轉(zhuǎn)子在每個(gè)中斷周期中的位置和轉(zhuǎn)速。當(dāng)系統(tǒng)工作在充電過程時(shí)，數(shù)字化的電流、電壓和溫度值與DSP內(nèi)部的預(yù)置電流、電壓和溫度的極限值進(jìn)行比較，如果實(shí)測值大于預(yù)設(shè)極限值，則處理器執(zhí)行相應(yīng)的保護(hù)操作和報(bào)警響應(yīng)；反之，微處理器就在每個(gè)PwM中斷周期中，應(yīng)用ADC采樣到的電機(jī)相電流、轉(zhuǎn)子的位置和轉(zhuǎn)速值，進(jìn)行空間矢量調(diào)制計(jì)算并對主電路中的功率開關(guān)的開關(guān)時(shí)間進(jìn)行調(diào)制控制，使電機(jī)的轉(zhuǎn)速逐漸提高，當(dāng)轉(zhuǎn)子的測量值和系統(tǒng)設(shè)定值進(jìn)行比較，應(yīng)用對直流電壓的升降壓斬波原理對主電路中的直流斬波電路的功率開關(guān)進(jìn)行適當(dāng)?shù)目刂?，完成飛輪電池的放電過程。人機(jī)接口單元MW,方便的完成充電操作、放電操作和過熱、過壓、過流、超速的情況下發(fā)出相應(yīng)的報(bào)警測量值和系統(tǒng)設(shè)定值進(jìn)行比較，應(yīng)用對直流電壓的升降壓斬波原理對主電路中的直流斬波電路的功率開關(guān)進(jìn)行適當(dāng)?shù)目刂疲瓿娠w輪電池的放電過程。人機(jī)接口單元MW,方便的完成充電操作、放電操作和過熱、過壓、過流、超速的情況下發(fā)出相應(yīng)的報(bào)警圖卜3電力電子控制系基于以上構(gòu)想，為了完成本課題，主要完成以下幾個(gè)任務(wù)①論述了空間矢量調(diào)制技術(shù)和升降壓直流斬波的工作原理。④應(yīng)用計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)實(shí)現(xiàn)了對系統(tǒng)的仿1．6本章種純機(jī)電儲(chǔ)能電池與其它化學(xué)電池相比所特有的優(yōu)越性，接著論述了飛輪電池的工作原理、組成部件及其在飛輪電池中的功能作用、在實(shí)際中的應(yīng)用，此外還敘述了當(dāng)前國內(nèi)外在飛輪電池領(lǐng)域所做的研究和所取得的成果，最后提出了本課題所要完成的工作任務(wù)和預(yù)期目0第二章飛輪儲(chǔ)能電池的主電路及第二章飛輪儲(chǔ)能電池的主電路及控制原理第二飛輪儲(chǔ)能電池的主電路及其控制原理飛輪儲(chǔ)能電池中的電機(jī)是集成的發(fā)電機(jī)和電動(dòng)機(jī)。充電時(shí)，電機(jī)工作于電形式，從外部吸收電能，驅(qū)動(dòng)集成電機(jī)加速，從而完成對電能的儲(chǔ)蓄。放電時(shí)，電很大的影響，所以對集成電機(jī)的選用很嚴(yán)格。永磁電機(jī)特有的許多優(yōu)點(diǎn)，使得目前飛輪儲(chǔ)能系統(tǒng)中一般都采用永磁電機(jī)，本文是以永磁無刷同步電機(jī)作為飛輪電池的2．1飛輪儲(chǔ)能電池的集成電機(jī)系統(tǒng)概述叫轉(zhuǎn)子，通常轉(zhuǎn)子在定子的內(nèi)部。當(dāng)電機(jī)作為電動(dòng)機(jī)時(shí)，為使電機(jī)能夠轉(zhuǎn)動(dòng)，電機(jī)必須產(chǎn)生兩個(gè)磁場，一個(gè)是定予磁場，另一個(gè)是轉(zhuǎn)子磁場。而作為發(fā)電機(jī)時(shí)，電機(jī)必須有一個(gè)相對線圈旋轉(zhuǎn)的磁場。而在永磁無刷同步電機(jī)中，有一個(gè)線圈定子和永磁轉(zhuǎn)子，它采用的是永磁體產(chǎn)生氣隙磁場，而不是像～般換向電機(jī)那樣用的是勵(lì)磁線圈產(chǎn)生氣隙磁場，也不像感應(yīng)電動(dòng)機(jī)那樣用定子電流的勵(lì)磁分量產(chǎn)生氣隙磁場。這種內(nèi)部永磁轉(zhuǎn)子和外部感應(yīng)線圈的結(jié)構(gòu)，使得永磁無刷同步電機(jī)具有體積小、重量輕、效率高、使用壽命長、速度穩(wěn)定性好等特點(diǎn)，此外還降低了刷子的噪音、電磁干擾(EMI)、免除了刷子的維修。永磁無刷同步電機(jī)具有多種結(jié)構(gòu)，圖2．1所示的是一種較簡單的永磁電機(jī)截面圖。再五^永磁無刷同步電機(jī)的圖2-——一一!絲堡壁曼翌皇——一一!絲堡壁曼翌皇為電動(dòng)機(jī)時(shí)，該永磁體產(chǎn)生的磁場與定子繞組中電流產(chǎn)生的磁場相互作用矩。作為發(fā)電機(jī)時(shí)，高速旋轉(zhuǎn)的永磁轉(zhuǎn)子，使定子中的線圈作相對的切割磁力線運(yùn)動(dòng)，產(chǎn)生3相交流電，其電壓決定于轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速和永磁定子的磁場強(qiáng)度，電壓的頻由于永磁電機(jī)沒有轉(zhuǎn)子導(dǎo)條的功率損耗，而且永磁同步電機(jī)無滑差又為雙邊勵(lì)磁，所以電機(jī)的轉(zhuǎn)子上無基波鐵銅損耗，且其功率因數(shù)可高達(dá)l，功率因數(shù)的提高，一方面節(jié)約了無功功率，另一方面也使定子電流下降，定子銅損減少，效率提高。機(jī)運(yùn)行于非常高的轉(zhuǎn)速時(shí)，這種節(jié)能效果才更加明顯。在相同額定功率下，永磁電動(dòng)機(jī)的總損耗～般約為感應(yīng)電機(jī)的50％～60％，定額在10～100kw的永磁電機(jī)效率約為95％～97％，而感應(yīng)電機(jī)為90％～94％，永磁電機(jī)效率隨轉(zhuǎn)速的降低而降低報(bào)道，目前稀士永磁電機(jī)的功率己超過1000kw，最高轉(zhuǎn)速已超過永磁同步電機(jī)與傳統(tǒng)電機(jī)相比其優(yōu)①明顯的節(jié)電效果：永磁同步電動(dòng)機(jī)用永磁體取代電勵(lì)磁，且無勵(lì)磁損耗，在同步運(yùn)行時(shí)，沒有銅耗和鐵耗，這樣就消除了電機(jī)發(fā)熱的根源。因此，永磁同步電機(jī)的效率較電勵(lì)磁同步電機(jī)和異步電機(jī)高，而且不需從電網(wǎng)吸取滯后的勵(lì)磁電鋼就能產(chǎn)生足夠的電機(jī)磁能積，因此電機(jī)體積、尺寸可以大為減小，做成高效率、000r／min”。高密造價(jià)并提高了電機(jī)運(yùn)行的穩(wěn)⑤永磁電機(jī)轉(zhuǎn)子使用永久磁鐵作為勵(lì)磁，這樣就可以在很低的轉(zhuǎn)速下保持同步飛輪儲(chǔ)能電池的電機(jī)要求具有：高轉(zhuǎn)速、低損耗、高效率、體積小、維修方便等特點(diǎn)。而永磁同步電機(jī)的許多優(yōu)點(diǎn)使其成為飛輪儲(chǔ)能系統(tǒng)的最佳選擇，因此目前許作為電動(dòng)機(jī)時(shí)：額定電壓功率河海大學(xué)碩第二章飛輪儲(chǔ)能電池的河海大學(xué)碩第二章飛輪儲(chǔ)能電池的主電路及控制作為發(fā)電機(jī)時(shí)功率額定電2．2飛輪儲(chǔ)能電池集成電機(jī)的主電路的工作原飛輪儲(chǔ)能電池的主電路(如圖2--2所示)是集成電機(jī)與外界進(jìn)行能量交介。當(dāng)飛輪電池工作在充電過程時(shí)，主電路相當(dāng)于變頻器而工作，在本課題中主電路采用交一直一交變頻方式，即先將交流市電通過整流、濾波轉(zhuǎn)換成直流電，再將直流電逆變成頻率可調(diào)的交流電。當(dāng)飛輪電池工作在放電狀態(tài)時(shí)，集成電機(jī)產(chǎn)生的2．2．1飛輪電池充電的工作原理(如圖2--2中，開關(guān)s打到充電端飛輪電池所謂的充電和一般電池的充電是不同的，由于飛輪電池是以動(dòng)能的形式來儲(chǔ)存能量，所以飛輪電池的充電過程就是提高飛輪的轉(zhuǎn)速的過程，即使集成電機(jī)加速的過程。在本課題中我們采用空間矢量調(diào)制技術(shù)來實(shí)現(xiàn)對永磁同步電機(jī)的變頻加速，使飛輪的速度增加到額定的轉(zhuǎn)速。圖2--a．交一直電路(圖2--2中家用220V的單相交流電通過整流二極管D1、D2、D3、D4：UD．9X220=98VCr恒定的直流電壓為200V。另外由于在給飛輪電池充電時(shí)電機(jī)起動(dòng)的瞬時(shí)電流較大，所以在主電路中加入電感L來限制電流的瞬時(shí)沖擊，這樣可以起到保護(hù)主電路元———————————————-=墜堂燮皇ib．直一交電路(圖2～2三相逆變橋由功率開關(guān)T1～T6組成———————————————-=墜堂燮皇ib．直一交電路(圖2～2三相逆變橋由功率開關(guān)T1～T6組成，主電路的控制電路通過電壓矢量控制計(jì)得到控制三相逆變橋的PVnvl脈沖信號(hào)，然后用這些脈沖信號(hào)來控制功率開關(guān)T6的通斷，這樣直一交電路就將直流電變成頻率變化的矩形波交流電雖然電壓突變降為零，但是由于電機(jī)的線圈有感生電勢產(chǎn)生，所以存儲(chǔ)在線圈中的電能需要釋放，這時(shí)續(xù)流二極管可以提供電流通道，維持電流在線圈中持續(xù)流動(dòng)。2．2．2飛輪電池放電的工作原理(如圖2—2中，開關(guān)s打到放電在飛輪電池的放電過程中，集成電機(jī)作為發(fā)電機(jī)而工作，其輸出電壓為近似的正弦波電壓，隨著能量的釋放，飛輪轉(zhuǎn)速也逐漸的下降，電機(jī)的輸出電壓幅值也隨之變小。而在實(shí)際中我們一般期望得到電壓值恒定的直流電，所以在本課題中我們采用了先將正弦波電壓整流，然后采用升降壓直流斬波電路獲得幅值恒定的直流電壓。由于飛輪電池的集成電機(jī)在放電時(shí)，其輸出為近似的三相正弦電壓。這樣電機(jī)輸出的電壓經(jīng)過續(xù)流二極管D5～D10(如圖2—2中所示與晶體管TI～T6并聯(lián)的)構(gòu)的三相全橋整流電路，使在A、B兩端產(chǎn)生直流電壓U。但是由于集成電機(jī)的輸以其輸出的電壓很高，而隨著電能的輸出其轉(zhuǎn)速也在逐漸地降低，相應(yīng)的的輸出電壓也隨之降低。由此可看出，飛輪電池工作在放電過程時(shí)，集成電機(jī)輸?shù)氖请妷悍底兓娜嗾也妷海愒趯?shí)際中要求飛輪電池輸出幅值恒定的Converter)(如圖2--管T7組成降壓斬波電路(此對T8為關(guān)斷)進(jìn)行降壓斬波(Buck)；在基壓以下，采用由晶體管T8和電感L所構(gòu)成的升壓斬波電路(此時(shí)T7為常開)來進(jìn)行升壓斬波(Boost)。a191：T7等于直流電源電壓u。；負(fù)載電流J。等于電源電流J。。當(dāng)T7斷開時(shí)，u。=0，t。電壓U。和電流』。皆為脈沖波。為了對波形進(jìn)行定量分析，引f。一一晶體管T7在一個(gè)周期內(nèi)的導(dǎo)通時(shí)間 晶體管T7在一個(gè)周期內(nèi)的關(guān)斷皇墮垡羔塑垡蘭墮芝三童3竺堡鐾生塑竺主皇壁墨堇型Z---t。，+o一一為斬波皇墮垡羔塑垡蘭墮芝三童3竺堡鐾生塑竺主皇壁墨堇型Z---t。，+o一一為斬波周期?！倍尽俺?％(爭=Uo—L=手f弘警由式(2．1)和(2．2)可知，改變占空比a，，不僅能夠控制斬波器輸出電壓玩的大而且能夠控制其輸出電流的大小，隨著ct,從0到1的連續(xù)變化，輸出電壓平均值規(guī)律：電壓比與電流成b升壓斬波器的工作原理嗍：如圖2--2所示的電路中，在T7持續(xù)下，當(dāng)晶體管T8導(dǎo)通時(shí)，升壓二極管D13承受反向電壓而截止，此時(shí)電源電壓U加在電感L上，電感電流L增加，與此同時(shí)電容Cr向負(fù)載供電，電容電壓叱下此得到一個(gè)比電源電壓高的輸出電壓U，從而達(dá)到升壓的功能。根據(jù)上述原理，以推導(dǎo)出輸出電壓電流的表達(dá)㈣吣≯2L：鴛粵：(1一————————————————3竺!塑塑皇壟皇王莖墊————————————————3竺!塑塑皇壟皇王莖墊笙型墨堡塑因?yàn)榫w管的占空比a，總是小于1高，故稱此斬波器為升壓斬波2．3飛輪儲(chǔ)能電池充電時(shí)的控制原理?m枷說，電機(jī)的轉(zhuǎn)速與作用在電機(jī)上的電壓的頻率是同步的，所以對電機(jī)的加速過程也可以說是提高輸入電機(jī)的電源頻率的過程。而在實(shí)際中電源的頻率是恒定的，為了獲得頻率可變的電源，我們必須用逆變電路來進(jìn)行變頻處理。本課題采用了交一直一交型逆變器對50Hz,／20V的家用電源進(jìn)行逆變，這樣對飛輪電池充電過程的控制也就轉(zhuǎn)換成對逆變器的控制。用于控制永磁同步電機(jī)調(diào)速的逆變器的形式很多，所以其控制方法也很多，而且還有各種新的控制方法還在不斷問世。以下列舉了幾種常用的調(diào)速控制技術(shù)，它們之間有相互聯(lián)系又相互區(qū)別，形成了各自的控制特點(diǎn)，現(xiàn)在仍在不斷的豐富、充實(shí)①相位控②VVVF控③轉(zhuǎn)差頻率控而且只能用于異步電機(jī)的調(diào)速④脈寬調(diào)制(PWM)控脈寬調(diào)制型變頻器的基本原理是用一系列按一定時(shí)間順序排列而脈沖寬度不同的等幅脈沖方波來逼近一條正弦曲線，產(chǎn)生接近正弦的電壓或電流。這種控制方法獲得的電壓與電流基本同相，功率因數(shù)好，可以克服或改善相控原理中所有的弊端，M6童墮墮苧幽壅童墮墮苧幽壅⑤矢量變換控制特點(diǎn)來進(jìn)行對交流電機(jī)進(jìn)行控制。為了做到這一點(diǎn)，必須通過電機(jī)統(tǒng)與之垂直的坐標(biāo)的轉(zhuǎn)矩電流分量L，把固定坐標(biāo)系變換為旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系，然后通過由于本課題所研究的飛輪電池是以電動(dòng)汽車、US(不間斷電源)等中小型蓄電池為研究對象。而這些場合一般都對飛輪儲(chǔ)能系統(tǒng)的充電速度有較高的要求，為了使飛輪電池具有更好的動(dòng)態(tài)性能、調(diào)速范圍廣、加速快，在此我們選用電壓矢量控制方法來對永磁同步電機(jī)進(jìn)行調(diào)速，而且永磁同步電機(jī)的電壓矢量控制方法也很簡單。所以下面我們將介紹飛輪儲(chǔ)能系統(tǒng)充電時(shí)的控制原理。120。電角度v。％=Vsin(cok·匕=Vsin(a府．f一等m其中：Z一定子的等效總電抗R一定子線圈的電阻L一定子線圈的電礦。一永磁體轉(zhuǎn)子磁通量的魯‰(目)一定子的感生電動(dòng)勢(也可以寫成生％筍‘q，q一電速度)所產(chǎn)生的感生電動(dòng)勢———_=!笙堡壁皇些皇壟皇量莖墊堡型至sin(O占=rffm醫(yī)(見)=一吐妒。Isin(由于電機(jī)從電源吸收———_=!笙堡壁皇些皇壟皇量莖墊堡型至sin(O占=rffm醫(yī)(見)=一吐妒。Isin(由于電機(jī)從電源吸收的能量，一部分作為熱能而損耗；另一部分作為能量場中：剩下的一部分則轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能(即轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)矩)，而PMSM電機(jī)矩為正=p·[-rA2-‰·Vc(oD]，(P為電機(jī)的極對數(shù)動(dòng)電機(jī)，所以上面的轉(zhuǎn)矩表達(dá)式也可又因I。=，，sin(co。Ib=Lsin(Gz=刖∥拍in2(cot)“政刪一手9rr)十Sin2∽一爭)=j3川。。通過上面的論述可以說明采用電壓矢量控制能夠獲得連續(xù)而且沒有波動(dòng)的轉(zhuǎn)矩其中：J一轉(zhuǎn)子和飛輪的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量Z一負(fù)載轉(zhuǎn)矩％一機(jī)械轉(zhuǎn)速式可看出轉(zhuǎn)矩是由時(shí)間和轉(zhuǎn)子的電位置等獨(dú)立的參數(shù)來表達(dá)的，因此用普通的控制器要實(shí)現(xiàn)高效地、精確地控制是很困難的，所以我們通過用SP行空間矢量控制計(jì)算，可以很好的解決這個(gè)問題。第二章飛輪儲(chǔ)能電池的主電路及擰制成矢量控制，必須應(yīng)用C第二章飛輪儲(chǔ)能電池的主電路及擰制成矢量控制，必須應(yīng)用Clarke&Park變換把永磁同步電機(jī)中的電等式從3相不旋轉(zhuǎn)的坐標(biāo)中轉(zhuǎn)換到與定子同步旋轉(zhuǎn)2相坐標(biāo)系中，通過這種數(shù)學(xué)投影(lak&Prk以大大簡化了控制系統(tǒng)的表達(dá)式，還消除了轉(zhuǎn)矩對時(shí)間和轉(zhuǎn)子位置的依賴性。中也要用到，所以相電流的值在PMSM電機(jī)的矢量控制中是很重要的物理量。三相相位差為120。電壓作用于定子上，這樣就在定子上產(chǎn)生相位差為120。電角度的三相正弦曲線電流。如在圖2--33i，=f。+P。24”i^+P。4””i圖2-3永磁同步電機(jī)的轉(zhuǎn)矩表達(dá)式就I=i3p．(妒耐·f呷一∥唧·f講由上式可看出轉(zhuǎn)換后的轉(zhuǎn)矩表達(dá)式變的很簡單。子電流向量的值為：i，=√毒+茜，所以對于給定電流值j為：t《∥Ⅲ·0如圖2-4是矢量控制的模型，其工作過程是：‘，‘應(yīng)用電流傳變換可以用來決定把定子電流投影到一個(gè)兩相的不旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系內(nèi)，通過Park變換得到相電流在旋轉(zhuǎn)(d，q)結(jié)構(gòu)中的投影分量。定子相電流在(d，q)軸上的投影分———————————————_=壁墅塑塑墊塑!———————————————_=壁墅塑塑墊塑!塑蔓墊絲塑墨竺竺翌校正，電流控制器的輸出通過Park反變換獲得需加在電機(jī)上的參考輸出電再通過運(yùn)用空間矢量調(diào)制技術(shù)計(jì)算出需要加在定子線圈上的電壓向量，從而實(shí)現(xiàn)控圖2—2．4近似的三相正弦波電壓，而在本課題中我們?yōu)榱双@得電壓值恒定18V的理想輸出電壓，我們必須對主電路中升降壓斬波器的功率開關(guān)進(jìn)行合適的控制。所以系統(tǒng)放電均值與斬波器中功率開關(guān)的通斷控制信號(hào)的占空比有密切的關(guān)系。在實(shí)際應(yīng)用中，對于同一個(gè)斬波電路，當(dāng)其在不同的應(yīng)用場合應(yīng)用于不同目的時(shí)，其控制方式通常值控制則是根據(jù)斬波器實(shí)際輸出的電流或電壓的瞬時(shí)值與事先設(shè)定的額定電流值或圖2—5所示。瞬時(shí)值控制方式不但可以實(shí)現(xiàn)恒壓輸出，而且還對輸出電流進(jìn)行控制至墮里曼望基主嬰至墮里曼望基主嬰塑竺蘭苧—～笙三童!笙堡墼皇墊箜圭皇墮墨堡型墮里圖2—采用瞬時(shí)值控制方式時(shí)，分別預(yù)先給定電流或電壓的上限值和下限值，將電路中的電流和電壓的瞬時(shí)值進(jìn)行比較，當(dāng)實(shí)際的電流值或電壓值達(dá)到上限或下限時(shí)，關(guān)斷或開通斬波器的功率開關(guān)。下面給出了一種直接控制電壓的瞬時(shí)值控制方法，當(dāng)反饋的電壓信號(hào)的值大于設(shè)定的上限時(shí)，關(guān)斷降壓斬波器開關(guān)或者開通升壓斬波器開關(guān)：當(dāng)反饋的電壓信號(hào)的值小于設(shè)定的下限時(shí)，開通降壓斬波器開關(guān)或者關(guān)閉升壓斬波器開關(guān)。從而使實(shí)際斬波器的輸出電壓控制在相應(yīng)的范圍內(nèi)。電流的輸出控制也相似。這種對輸出的直接控制，不僅控制靈活，而且也實(shí)現(xiàn)了過流和過壓的保護(hù)功能。顯而易見，如果要提高輸出電壓和電流的精度，即要求上下限之差2．5主電路中功率開關(guān)器件的選擇變換技術(shù)和現(xiàn)代控制技術(shù)帶來新的突破。20世紀(jì)50年代，第一個(gè)普通晶閘管的問世誕生了傳統(tǒng)的電力電子技術(shù)，麗在傳統(tǒng)的電力電子技術(shù)中變流電路采用的是相控技術(shù)；70年代末，自關(guān)斷器件的問世又使傳統(tǒng)的電力電子技術(shù)進(jìn)入現(xiàn)代電力電子技術(shù)階段，這一時(shí)期的變流電路采用的是PWM技術(shù)。隨著器件的發(fā)展，變流電路的體積和重量在減小、而效率和精度卻在大大的提高，同時(shí)其各種性能指標(biāo)，如：快速性以及額定電壓、電流和頻率的控制范圍等諸多方面都有較大的進(jìn)展?！躞帽け诨术彙躞帽け诨术忯~塑皇三莖墊絲型墨竺墮大小及頻率，著眼于輸出與控制輸入的關(guān)系。由于功率開關(guān)器件的性能參數(shù)對逆變(ioff))，v。)，這個(gè)tofto。)盡可能?。孩苡眯〉目刂菩盘?hào)就能夠?qū)崿F(xiàn)功率開關(guān)的導(dǎo)通及關(guān)斷；⑤功率開關(guān)即使在高速長時(shí)間反復(fù)導(dǎo)通與關(guān)斷的情況下工作，也不會(huì)損壞，也就是說要有較高的工作頻率(f)。此外，體積小、重量輕、價(jià)格便宜也是設(shè)計(jì)者要常?？紤]的因素。GTO(GateTurnTransistor)、VMOSFET和IGBT。由Thyristor)、①在幾百kVA以上的大容量和超大容量的逆變電路中，開關(guān)器件主要以為主。如高壓直流輸電、大型電機(jī)驅(qū)動(dòng)、超大型UPS和大型化學(xué)電源，其容量都在幾百kVA以上。但是在某些工頻場合下，有時(shí)也用SCR和T黜S，其中SCR主要還用于整流式電源設(shè)備。②在凡kvA到幾百kvA甚至上MVA的中大容量的逆變器中，主開關(guān)器件將以IGBT為主，GTR雖然也己被廣泛地應(yīng)用，但是由于其具有驅(qū)動(dòng)功耗大、開關(guān)速度慢和二次擊穿問題等不足。因此將逐步被IGT和其它新型開關(guān)器件所取代。這個(gè)容量等級的逆變器最多，應(yīng)用也最普遍。如交流電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速、UPS、逆變式弧焊電源、通信開關(guān)電源、有源濾波裝置、感應(yīng)加熱等。這類逆變器的逆變頻率一般為10～25kHz，電源的容量密度適中，比較理想，并且噪聲也比較小。③在幾kw以下的逆變電源中，主開關(guān)器件以VMOSFET為主。逆變頻率為幾十kHz至幾百kHz，有的還高達(dá)1MHz以上。這類電源的容量密度高，噪聲很小。如小型UPS變器、電磁灶等。大容量、驅(qū)動(dòng)簡單、無二次擊穿等特點(diǎn)成為現(xiàn)代電力電子器件的主流。IGT是一種新的復(fù)合功率器件，它集雙極型功率晶體管和功率MOSFT的優(yōu)點(diǎn)于一體，它既有MOFT好等優(yōu)點(diǎn)，又包含了GTR的載流量大，阻斷電壓高等多項(xiàng)優(yōu)點(diǎn)。所以IGBT很適合率為5kw，調(diào)速系統(tǒng)逆變器載波頻率我們選擇為20kHz，所以主電路中的功率．燮蘭!堂圣蘭堡蘭三雯!絲墮堂皇些墮圭皇墮墨堡塑本課題中選用的IGBT是日本．燮蘭!堂圣蘭堡蘭三雯!絲墮堂皇些墮圭皇墮墨堡塑本課題中選用的IGBT是日本三菱公司的PMl00DSAl20模塊，它的額定電流100A，額定電壓為1200V，容量滿足飛輪電池的主電路設(shè)計(jì)要求。其電氣特性為：型驅(qū)動(dòng)電壓為6V，通態(tài)壓降為2，5V，上升時(shí)間和下降時(shí)間都在800ns左右，這些參數(shù)能很好地滿足20kHz的頻率要求“”。Transistor)也稱絕緣柵雙極晶體管，它是集它既有功率MOSFET的電壓驅(qū)動(dòng)和高速開關(guān)特征，又有雙極型晶體管的大電IGBT的特點(diǎn)由于IGBT是用MOS柵控制雙極電流，因此其過流能力主要取決于柵電①u，，而與正偏壓無關(guān)，而且柵壓越高，飽和電流就越②在tGBT可通過改變心來改變通過IGBT電流的下降速率。這樣在設(shè)計(jì)時(shí)就可以通過調(diào)來限制關(guān)斷過程的％③IGBT具有卓越的高溫通態(tài)特性，在散熱器溫度接近正常工作，特別適合于環(huán)境溫度很高的惡劣工作C的情況下也IGBT的混合lC驅(qū)動(dòng)絕緣柵雙極晶體管正日益廣泛地應(yīng)用于小體積、低噪音、離特性的電源、IGBT的混合IC驅(qū)動(dòng)器是吸收了IGBT的不間斷電源以及電機(jī)速度控制裝置中點(diǎn)而開發(fā)的用于驅(qū)動(dòng)IGBT器件的驅(qū)動(dòng)器。目前，混合IC驅(qū)動(dòng)器的種類很多①產(chǎn)品系列豐富，適用范圍廣泛，標(biāo)準(zhǔn)系列產(chǎn)品最大運(yùn)行頻率為10kHz，高系列產(chǎn)品最大運(yùn)行頻率為40kI-②③單電源供④片內(nèi)有過流保護(hù)電⑤能夠產(chǎn)生過流保護(hù)輸出EXB841系列混合IC驅(qū)動(dòng)器為日本富士電機(jī)公司的產(chǎn)品，屬于該系列的!絲堡壁塑蘭皇塑皇三墮墊絲型至竺墮竺EXB840、EXB841、EXB850、EXB851等，它們的電路結(jié)構(gòu)基本相似，其中以其可以工作在高達(dá)!絲堡壁塑蘭皇塑皇三墮墊絲型至竺墮竺EXB840、EXB841、EXB850、EXB851等，它們的電路結(jié)構(gòu)基本相似，其中以其可以工作在高達(dá)40kHz的工作頻率下。其內(nèi)部電路結(jié)構(gòu)及其工作原理如圖2-6示，9腳為參考地電位。則2腳電位U2為20V，l腳電位U，為5V，當(dāng)輸入高電平IVI】I】一。．Ill】I嘲—<1_一I—／碰j-葉弋：JIiT．冬IEⅫ841內(nèi)部組成電路原理圖2—+15V，IGBT導(dǎo)通，反之，輸入為低電平時(shí)，玩=一5V，IGBT關(guān)斷。IGBTEXB841內(nèi)部過流保護(hù)電路通過檢測IGBT的集射極電壓來判斷IGBT是否過流滿足￡，∞+U1+U，≥U：時(shí)，EXB841內(nèi)部過流保護(hù)電路開始動(dòng)作，軟關(guān)斷IGBT，中Uz為EXB841內(nèi)部穩(wěn)壓二極管VZI的擊穿電壓，U，為EXB841過流信號(hào)輸入(6腳)所接二極管D導(dǎo)通壓降，∽為EXB841的1腳電位，代入仉=13V，可得U。=7．5V為過流保護(hù)電路閥值，U。<7．5V時(shí)保護(hù)EXB841圖2—塑塑查蘭堡蘭旦墨三童王簍堡堂皇墊塑塑查蘭堡蘭旦墨三童王簍堡堂皇墊塑圭皇墮墨使用EXB841時(shí)的注意②如在IGBT集電極上有較大的尖脈沖電壓，則可以通過增加IGBT的柵串③由于驅(qū)動(dòng)電路的信號(hào)延遲依賴于外接光電耦合器的特性，所以的規(guī)格來選擇合適的高速光電耦臺(tái)④過高的驅(qū)動(dòng)電壓會(huì)損壞IGBT，而不足的驅(qū)動(dòng)電壓會(huì)增加IGBT的開通電壓⑤過高的輸入電流會(huì)增加驅(qū)動(dòng)信號(hào)的延遲，而不足的輸入電流會(huì)影響驅(qū)動(dòng)工作的穩(wěn)定性：⑥在電路的2、5端外接光電耦合器和電阻，可將過流信號(hào)傳輸至DSP控制的PDPINT引腳，當(dāng)IGBT過流時(shí)，關(guān)閉所有的PWM輸出引腳，以保護(hù)器件正確應(yīng)用IGBT器件時(shí)，應(yīng)注意①擎住效應(yīng)，由于GB器件在結(jié)構(gòu)上有一個(gè)寄生晶閘管，其一旦觸通，便會(huì)失去柵極的控制而不能正常關(guān)斷。產(chǎn)生擎住現(xiàn)象的原因有兩種：一是流經(jīng)IGBT器件的穩(wěn)態(tài)電流過大，產(chǎn)生靜態(tài)擎?。欢情_通和關(guān)斷GB太快，產(chǎn)生動(dòng)態(tài)擎s。但柵②過流保護(hù)，通常IGBT器件能夠承受的過流時(shí)間較短，一般只有幾驅(qū)動(dòng)電壓不同時(shí)，IGBT器件能夠承受的過流時(shí)間也不同，過流時(shí)若降低柵極動(dòng)電壓，則可以適當(dāng)延長過流時(shí)間IIGBT器件的正向擊穿電壓較高，都在近千伏甚至超過千伏，但g、e極間的反向阻斷電壓只能達(dá)到④IGBT的柵極外接電阻心大小對IGBT的工作狀況影響很大，R。減小時(shí)IGBT開關(guān)換向速度加快，瞬變尖峰電壓增大，開關(guān)過程的損耗減?。蝗缭黾討?yīng)根據(jù)實(shí)際情況合理⑤IBT驅(qū)動(dòng)時(shí)，加在柵一源極正電壓為1V+10％較好，電壓減小，會(huì)使通態(tài)壓降增大：電壓增加，對GT的故障保護(hù)不利。GT關(guān)斷時(shí)，在IT柵一源極加反向電壓一5v～一IOV較好，這一反向既減小了IGBT誤觸發(fā)導(dǎo)通的幾率，又減少了IGBT關(guān)斷損耗。根據(jù)以上所述，對使用IGBT器件時(shí)應(yīng)注意的問題進(jìn)行了綜合——．一!絲墮——．一!絲墮堂皇堂皇壟皇王塹墊苧型墨竺塑塹①來自DSP控制器的控制信號(hào)和IGBT器件的驅(qū)動(dòng)信號(hào)之閶采用了通常采用的光電耦合器件進(jìn)行隔離，這樣一方面隔離了強(qiáng)電信號(hào)和弱電信號(hào)，削弱了強(qiáng)電對弱電控制部分的影響，另一方面由于光電隔離對控卷4滯后，可以對驅(qū)動(dòng)信號(hào)進(jìn)行一定緩沖，避免動(dòng)態(tài)擎住效應(yīng)發(fā)生。②在逆變電路中因?yàn)榇嬖谳^強(qiáng)的電磁干擾，由控制器輸出的信號(hào)在強(qiáng)的干擾作用下較難避免不發(fā)生錯(cuò)誤，而一旦出現(xiàn)上、下～對IGBT管直通的情況，則這～對管子極易損壞，為此我們在驅(qū)動(dòng)電路是作了適當(dāng)設(shè)計(jì)，用硬件和軟件死區(qū)保證IGB③選用快速恢復(fù)二極管作為續(xù)流二極管，在應(yīng)用IGBT器件設(shè)計(jì)逆變電路時(shí)IGBT～對GBT成直通短路，其驅(qū)動(dòng)信號(hào)必然存在上、下兩管均關(guān)斷的時(shí)刻?？紤]到變頻電源的負(fù)載為電機(jī)的感性負(fù)載，電路中的電流不能突變，因而必須接一個(gè)續(xù)流二極管，二極管在從反向偏置狀態(tài)向正向?qū)顟B(tài)過渡時(shí)存在～個(gè)恢復(fù)時(shí)間，在恢復(fù)期TIGT器件的損壞，因此這一點(diǎn)應(yīng)的電流急劇升高，為了避免器件失效，應(yīng)保證其工作在短路安全工作區(qū)(SCSOA)。這是一種非重復(fù)的容量，因此當(dāng)器件發(fā)生短路過流時(shí)，應(yīng)在允許的短路時(shí)間內(nèi)，及時(shí)予以關(guān)閉IGT或停機(jī)。短路過流的峰值主要與器件特性和短路條件有關(guān)，短路過流容量一般在5～15us之間。根據(jù)GB采用慢降柵壓保護(hù)主要有以下幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)：a、可以降低過流的幅度，延長IGBT器件承受過流的時(shí)間，使過流保護(hù)電路有時(shí)間檢測判斷這種過流是真過流還是由于干擾產(chǎn)生的極短暫的“假過流”，如為假過流，則在IBT器件允許的過流時(shí)間內(nèi)，過流現(xiàn)象將要消失，當(dāng)“假過流”消失后又可恢復(fù)IGBT器件的全壓驅(qū)動(dòng)，這樣可提高電器件承受的電壓值，避免過壓2．7過電壓保護(hù)密勒電容作用于柵極2．7過電壓保護(hù)密勒電容作用于柵極，過高的d2形，還將減小動(dòng)態(tài)擎住電流，降低反向安全工作極易造成IGBT的過壓損壞。這時(shí)可以通過配合逆變橋的筘位或續(xù)流快速二極設(shè)置合適的緩沖或吸收網(wǎng)絡(luò)，有利于減緩電壓上升率，可起到過壓保護(hù)作用。常采用有RCD吸收電路(如圖2～2中所示)，這樣就修正了器件關(guān)斷時(shí)的電壓軌跡，改善了伏安特性。同時(shí)，還吸收了部分開關(guān)能量，雖然在器件開通時(shí)其釋放產(chǎn)生一定電流，但總的來說轉(zhuǎn)移了開關(guān)損耗，顯著改善了器件關(guān)斷的過程。在本論文中我們采用由RCD組成的緩沖電路來保護(hù)逆變器的功率開關(guān)于功率開關(guān)在開通和關(guān)斷時(shí)，要受集電極電流L變開關(guān)管兩端并聯(lián)電容c來減小電壓增長率。當(dāng)逆變器的開關(guān)管開通時(shí)，p麓迅變開關(guān)管放電，將加速電流的L的增長率，這樣可能造成開關(guān)管的損壞，所以采增加電阻R的值來限制電容的放電電流?？墒钱?dāng)開關(guān)管關(guān)斷時(shí)，該電阻又會(huì)阻止2．8過熱保護(hù)?孫IGBT的耗散功率主要包括通態(tài)損耗和開關(guān)損耗，在IGBT的工作過程集電極消耗功率，所以集電結(jié)就會(huì)發(fā)熱，使結(jié)溫上升，整個(gè)IGBT器件就會(huì)發(fā)熱。隨著IGT工作溫度的上升，它的耗散功率和集電極電流急劇下降，所以其最高工作溫度不能超過允許值，否則就會(huì)造成管子燒毀。造成IGBT過熱燒毀的原因很多。在設(shè)計(jì)時(shí)主要考慮下面兩點(diǎn)：①加強(qiáng)IGBT管的散熱條件，包括風(fēng)道設(shè)計(jì)、散熱器的設(shè)計(jì)及制作等。②設(shè)計(jì)過熱檢測護(hù)電路，用加裝在IGBT散熱護(hù)電路，用加裝在IGBT散熱器上的熱敏電阻來測量IGBT散熱溫度，當(dāng)溫度超全工作設(shè)定值時(shí)，判斷IGBT使其停止工作，從而起到熱保護(hù)作用。在本課題中采用了如圖2--8所示的測量電路，選用AD590溫度傳感器。由于AD590傳感器所產(chǎn)生的電流與絕對溫度成正比，它可接收的工作電壓為4V～30V，檢測的溫度范圍為A55。C～+150‘C，它有非常好的線性性能，溫度每增加1℃，其電流增加u圖2--利用AD590以及接口電路把溫度轉(zhuǎn)換成模擬電壓，經(jīng)由DSP的的ADC轉(zhuǎn)換DAIBAD590所測的值高于設(shè)定的值，則DSP關(guān)閉所有的PWM換系統(tǒng)正2。9本章用以及其驅(qū)動(dòng)電路、過流、過壓、過熱時(shí)采取的保護(hù)措施。從多方面保證飛第三章控制系第三章控制系統(tǒng)的硬件設(shè)第三章控制系統(tǒng)的硬件3．1控制器的選擇雎蚰‘2仲21由于模擬電路設(shè)計(jì)比較簡單，而且成本低。然而，模擬系統(tǒng)也存在很多缺點(diǎn)，如壽成元件比較多，這樣使得整個(gè)電路的可靠性也降低，另一方面大量的模擬器件也增加了系統(tǒng)的誤差，而且由于其設(shè)計(jì)都是硬件，所以升級很困難。而數(shù)字控制系統(tǒng)比模擬控制系統(tǒng)有許多優(yōu)越性，如模擬系統(tǒng)的漂流可以被消除；在數(shù)字控制系統(tǒng)中由于許多功能是以數(shù)字化完成的，所以可以通過改變軟件很容易的使系統(tǒng)升級，此外數(shù)字系統(tǒng)還可以在一個(gè)芯片上處理許多功能，因此元件數(shù)目可以大大降低，進(jìn)而降低成本。所以現(xiàn)代的電機(jī)控制一般都采用數(shù)字控制系統(tǒng)。在數(shù)字控制系統(tǒng)中，最主要的器件是控制器，它是整個(gè)控制系統(tǒng)的核心，對整個(gè)系統(tǒng)的性能起著非常重要的作用。目前，控制器的品種琳瑯滿目、功能各異，主要應(yīng)用的有工業(yè)控制計(jì)算機(jī)、可編程邏輯陣列(PLC)、單片機(jī)、數(shù)字信號(hào)處理器(DsP)。工業(yè)控制計(jì)算機(jī)可謂功能強(qiáng)大，它有很高的速度、強(qiáng)大的運(yùn)算能力和接口功能、方便的軟件環(huán)境，但是由于其成本高、體積大，所以一般只用于大型控制系統(tǒng)。PLC則只能完成邏輯判斷、定時(shí)、計(jì)數(shù)和簡單的運(yùn)算，其只能用于簡單的電機(jī)控制。單片機(jī)的功能則居于上述兩者之間，現(xiàn)在單片機(jī)經(jīng)過幾代的更新，其功能和運(yùn)算速度有很大的提高，另一方面由于其技術(shù)成熟、價(jià)格低，所以在目前市場中占有率也很高。而飛輪儲(chǔ)能系統(tǒng)的控制是一個(gè)很復(fù)雜的過程，需要實(shí)時(shí)的完成電壓矢量控制計(jì)算以及大量的外設(shè)接口。這就要求所選的控制器必須滿足響應(yīng)速度快、運(yùn)算能力強(qiáng)、有數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)作為后起之秀，其價(jià)格也在不斷的下降，目前其性價(jià)比已經(jīng)達(dá)到人們可以接受的水平，所以DSP很快進(jìn)入了一般控制領(lǐng)域，且其應(yīng)用范圍正在迅速的擴(kuò)大，其不但可以實(shí)現(xiàn)如矢量控制，直接轉(zhuǎn)矩控制這樣復(fù)雜的控制方法，而且絡(luò)控制技術(shù)等。有時(shí)為了提供更加精確的控制，以更好的完成強(qiáng)抗干擾、低損耗和低輻射的功能，常常要執(zhí)行更多的算法．如數(shù)字濾波、省電模式、看門狗——．—!絲墮鐾皇堂皇塑皇王莖墊絲型墨竺塑嬰——．—!絲墮鐾皇堂皇塑皇王莖墊絲型墨竺塑嬰術(shù)等。而這些都是DSP與其它控制器相比較的特長，目前的DSP完全可以勝任TI公司1998年發(fā)行的新型DSP控制器TMS320C24X系列產(chǎn)品，是專門為電機(jī)數(shù)字控制而設(shè)計(jì)的，它有一個(gè)16位的DSP中央處理器(CPU)，而且在芯片上還集成了許多常用的微控制器外設(shè)接口，是新一代專用于控制系統(tǒng)的數(shù)字信號(hào)處理器，所以又被稱為DP法等非常復(fù)DSP的結(jié)構(gòu)特征①哈佛結(jié)構(gòu)：哈佛結(jié)構(gòu)是一種并行體系結(jié)構(gòu)，主要特點(diǎn)是將程序和在不同的存儲(chǔ)空間，對程序和數(shù)據(jù)獨(dú)立編址、獨(dú)立訪問。而且在DSP中設(shè)置了數(shù)據(jù)和程序兩套總線，使得取指令和執(zhí)行指令完全重疊運(yùn)行。為了進(jìn)一步提高速度和靈活性，TMS320系列產(chǎn)品，在哈佛結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上作了改進(jìn)，～是允許程序存儲(chǔ)在高速緩存區(qū)中，提高指令的讀取速度；二是允許數(shù)據(jù)存放在程序存儲(chǔ)器中，并被算術(shù)運(yùn)算指令直接使用，增強(qiáng)了芯片的靈活性。②流水線技術(shù)：DSP芯片廣泛采用了流水線技術(shù)，這樣增強(qiáng)了處理器的處理能力。TMS320系列流水線深度為2～6級不等，處理器在～個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi)可并行處理26③硬件乘法器：在數(shù)字信號(hào)處理的許多算法中(如FFT和FIR等)，要做大量TMS30系列中，一次乘法累加可在一個(gè)時(shí)鐘周期完成④特殊DSP指令：DSP芯片采用了特殊的尋址方式和指TMS320F240控制器技術(shù)特點(diǎn)。C24XDSP是C2XXX系列DSP的一個(gè)成員，是專為基于控制的應(yīng)用而設(shè)C24X將高性能的DSP內(nèi)核和豐富的微控制器外設(shè)功能集成于單個(gè)芯片中，從而成為傳統(tǒng)的微處理器單元(MCU)和高成本的多片設(shè)計(jì)的理想替代。20MIPS到40MIPS的指令運(yùn)算能力，使得C24XDSP控制器能提供比傳統(tǒng)16位微控制器和微處理器更高的性能及性價(jià)比。TMS320F240是C24X系列的第一代產(chǎn)品。具有用于高速信號(hào)C24X采用亞微米技術(shù)CMOS制造工藝，降低功耗，此外能所必需的結(jié)構(gòu)，有單片電機(jī)控制所需的外設(shè)功能，F(xiàn)240與C240結(jié)構(gòu)基本相同，一般用X240代TMS320C240和TMS320F240，這兩個(gè)DSP芯片的指令運(yùn)算能力為20MIPSX4TL第三章控制系統(tǒng)的硬件①高性能的靜態(tài)CMOS技術(shù)。4第三章控制系統(tǒng)的硬件①高性能的靜態(tài)CMOS技術(shù)。4種用于減少功耗的省電方②包括TMS320C2XX內(nèi)核的CPU③片內(nèi)有544字雙口RAM；16K字的片內(nèi)程序閃速存儲(chǔ)器共224K字的存儲(chǔ)器尋址空間(64K字的程序空間，64K字的數(shù)據(jù)空間，64K字YO空間和32K字的全局④事件管理器(Ev)：12個(gè)比較／脈寬調(diào)制(PwM)通道(其中9個(gè)相互獨(dú)立)；316位通用定時(shí)器，有6種工作模式，包括連續(xù)遞加／減計(jì)數(shù)：3個(gè)16位全比較⑤雙10位16通道的模數(shù)轉(zhuǎn)換器⑥28個(gè)獨(dú)立可編程多路復(fù)用YO引腳⑦基于鎖相環(huán)(PLL)的時(shí)鐘模塊⑨異步串行通信接口SCI，同步串行通信接口SPI⑩基于掃描的仿真JTAGlI?—一lll蚓lIII州l?一I．蒜呂I毫iti黧l一。II角位移與角速度的測量”硼中要用到電角位移，而電角位移又和機(jī)械角位移存在一定的關(guān)系，所以可以通過機(jī)械角位移來得到電角位移；另一方面飛輪的速度又直接關(guān)系到飛輪電池的壽命和字傳感器，它將測得的角位移轉(zhuǎn)換為脈沖形式的數(shù)字信號(hào)輸出，光電編碼角度測量3．2．1增量式光電編碼的結(jié)構(gòu)增量式光電編碼器是在一個(gè)碼盤上只開出3條碼道，由內(nèi)向外分別為A、B、C，如圖3—2所示。在A、B碼道上的碼盤上，等距離地開有透光的縫隙，2條碼道上相鄰的縫隙互相錯(cuò)開半個(gè)縫寬，其展開平面圖如圖3～3所示，第三條道碼C只開出一個(gè)縫隙，用來表示碼盤的零位，在碼盤的兩側(cè)分別安裝光源和光敏元件，當(dāng)碼盤轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，光源經(jīng)過透光和不透光區(qū)域，相應(yīng)地，每條碼道將有一系列脈沖從光敏元件輸出，碼道上有多少縫隙，就會(huì)有多少個(gè)脈沖輸出，將這些脈沖整形后，輸出的脈沖信號(hào)如圖3-3所示。而增量式光電編碼器作為速度、位置傳感器應(yīng)用于數(shù)字測系統(tǒng)，本身并不能直接輸出速度值，而要通過測量系統(tǒng)對編碼器輸出信號(hào)進(jìn)行計(jì)算、處理之后才能得出相應(yīng)的速度值倆霹里廠]廠]幾廠]廣]廠hh廠A燜慟廠]廣]廠]廠]廠]廣]廠B—＼圖3-3增量式光電編碼器的等效圖及輸出信例如90BF3／1．5型增量式光電編碼盤采用封閉式結(jié)構(gòu)，內(nèi)裝發(fā)光二極管(光源塑墮查量堡主墮蘭三童絲型墨塹光電接塑墮查量堡主墮蘭三童絲型墨塹光電接收器和編碼盤，通過聯(lián)軸節(jié)與被測軸連接，將角位移轉(zhuǎn)換成A、B兩路正脈沖信號(hào)，供可逆計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)，同時(shí)還輸出一路零位脈沖信號(hào)作為零位標(biāo)記，它每圈能輸出1024個(gè)A相、1024個(gè)B相脈沖和1個(gè)零位脈沖，A、B正交脈沖信號(hào)的相位相差90。。一般光電編碼器內(nèi)部都有脈沖信號(hào)處理電路和整形電路，因此其輸出信號(hào)為與訂L兼容控制A^J*蠢，、一：1n圖3—編碼器和DSP控制器的連接電正交編碼脈沖是具有變化頻率的1／4周期(90。1固定相位差的兩個(gè)脈沖序電機(jī)軸上的光電編碼器產(chǎn)生正交編碼脈沖時(shí)，如圖3—4所示將兩個(gè)脈沖分別送入DSP的正交編碼器輸入腳QP和QP2脈沖頻率測出。MS2F240通過引腳QEP過QEP檢測的邊沿?cái)?shù)被存儲(chǔ)在T3CNT中，這個(gè)計(jì)數(shù)器是和T3有關(guān)的，當(dāng)被選擇為QwQE轉(zhuǎn)一圈)將產(chǎn)生1024個(gè)脈沖，每個(gè)柵將產(chǎn)生4個(gè)邊沿：通道A和通道B都有一個(gè)升沿和一個(gè)下降沿，這些邊沿可以通過QEP來測量，也就是說每個(gè)機(jī)械周期有這個(gè)模塊是根據(jù)累加編碼器送來的脈沖數(shù)目，通過SP的絕對機(jī)械位置，這個(gè)絕對位移值將被存儲(chǔ)在SP寄存器變量0。中。下面是飛輪角位移測量過程的簡要的概述，首先用累加編碼器把轉(zhuǎn)子鎖在一個(gè)已知的位置，這個(gè)操作是在初始化程序中來完成，只要將數(shù)值0輸入寄存器0。，就把這個(gè)參考的機(jī)械位置作為鎖定位置。兩個(gè)P周期之間的編碼器脈沖數(shù)被測量并存儲(chǔ)在寄存器變量encincr中，這些變量在以后將被用來計(jì)算轉(zhuǎn)子的電位置和轉(zhuǎn)子的機(jī)械速度。T3CNT存儲(chǔ)的是邊沿的數(shù)目，只要QEP模式被選擇，時(shí)鐘3就自動(dòng)限制在OHFFFFH的范圍內(nèi)循環(huán)計(jì)數(shù)。兩個(gè)采樣周期之間的相對機(jī)械角位移可以通過如下AOm：—T3CNT(t)-T—3CNT(t-At)．3603其中：△r一兩個(gè)采樣周期之間的時(shí)AOm：—T3CNT(t)-T—3CNT(t-At)．3603其中：△r一兩個(gè)采樣周期之間的時(shí)因此每個(gè)采樣周期內(nèi)絕對機(jī)械位置可以用如下公氏(f)。靠(t—0m(t一△f)～上個(gè)采樣周期電機(jī)轉(zhuǎn)子的絕對機(jī)械通過這樣計(jì)算得出的是轉(zhuǎn)子的絕對機(jī)械位置，而我們在電壓矢量控制計(jì)算的是絕對電位置。因此，要把絕對機(jī)械位置轉(zhuǎn)換成絕對電位置，由于電機(jī)的絕對機(jī)械位置和絕對電位置的關(guān)系為：眈而在本課題我們選用的是P=2的電機(jī)，故在這里所求的機(jī)械絕對位置和絕對電位晚=2·在此我們設(shè)定當(dāng)計(jì)數(shù)寄存器m的數(shù)值達(dá)到1000H代表轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過一圈(360而且當(dāng)轉(zhuǎn)子的機(jī)械轉(zhuǎn)角超過360。時(shí)，要進(jìn)行軟件反轉(zhuǎn)處理。同理，當(dāng)計(jì)數(shù)器e數(shù)值達(dá)到1000H代表電位移也轉(zhuǎn)過一圈(即360。)，這時(shí)也要進(jìn)行軟件反轉(zhuǎn)處3．2．3飛輪速度的轉(zhuǎn)子的速度作為飛輪儲(chǔ)能系統(tǒng)電力電子控制中重要的物理量，它直接反映出飛輪電池的充電量。而且通過反饋來很好的控制轉(zhuǎn)速，這樣可以保證飛輪系統(tǒng)工作的可靠性。實(shí)際中采用編碼器進(jìn)行速度檢測常用的方法有：M法(測頻法)、T法(測周法)和M／T法，測M法通常應(yīng)用于定時(shí)采樣中，測T法則在定步采樣中使用較多，在轉(zhuǎn)速較低時(shí)，測T法的分辨率較高，測M法的分辨率較低；轉(zhuǎn)速較高時(shí)，則相反。為了保留測M法和測T法的優(yōu)點(diǎn)，以提高測量的精度，本文將兩種采樣方法相結(jié)合，采用恒基準(zhǔn)脈沖數(shù)法進(jìn)行速度檢測。該方法在基頻脈沖信號(hào)頻率一定的前提下，依據(jù)輸出脈沖的頻率變化不斷調(diào)整采樣周期，使基準(zhǔn)脈沖數(shù)不因輸出的編碼器脈沖頻3．2．3．1測T蘭墮墮苧塑型壟堡望型壁己～碼器脈沖數(shù)的理論值為M，基準(zhǔn)脈沖數(shù)為N，笙三蘭墮墮苧塑型壟堡望型壁己～碼器脈沖數(shù)的理論值為M，基準(zhǔn)脈沖數(shù)為N，笙三5)工五／10Z一編碼器每圈發(fā)出的脈沖數(shù)』一基準(zhǔn)脈沖頻率正一編碼器由上式可得轉(zhuǎn)速3．2．3．2恒基準(zhǔn)脈沖數(shù)法的恒基準(zhǔn)脈沖數(shù)法的實(shí)質(zhì)是依據(jù)瞬時(shí)轉(zhuǎn)速的大小改變測量采樣周期的長短，以保證一次采樣所獲取的基準(zhǔn)脈沖數(shù)是一個(gè)近似的常數(shù)。但最短采樣周期不能小于編碼器瞬時(shí)輸出脈沖的周期，故采樣周期最小單位是編碼器輸出一個(gè)脈沖的時(shí)間。設(shè)當(dāng)前的采樣寬度內(nèi)編碼器實(shí)際輸出脈沖數(shù)為：mold一上一個(gè)采樣周期末編碼器輸出的總的脈沖encincr一當(dāng)前采樣周期編碼器輸出的可得實(shí)際轉(zhuǎn)速：而且其量化誤差為：f318占L【jyⅣn故可以通過改變m的值可使N近似為一個(gè)常數(shù)，且N的值越大，轉(zhuǎn)速的誤差就越根據(jù)上面的量化誤差等式，為保證測量系統(tǒng)的測速精度較高，一次采樣獲取的N應(yīng)盡可能大，但不能使計(jì)數(shù)器溢出(即超過值FFFFH)，因此m的大小要依據(jù)系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)來確定。由于F240DSP控制器有3個(gè)時(shí)鐘，其最大的頻率均為=CPCLK=20MHz，在這里我們采用T2為基準(zhǔn)脈沖計(jì)數(shù)器，T2CNT為有效位數(shù)為16數(shù)器。為了盡可能減小量化誤差，同時(shí)又保證采樣周期不超過一定的寬度值以使基準(zhǔn)脈沖計(jì)數(shù)器發(fā)生不溢出，計(jì)數(shù)器在一次采樣中獲取的基準(zhǔn)脈沖數(shù)應(yīng)近可能的接近BF3，1．5型光電脈沖編碼器的KZ=4096，利用本系統(tǒng)216，即N≈65536。由于量不同轉(zhuǎn)速時(shí)，為保證計(jì)數(shù)器不溢出，在一次量不同轉(zhuǎn)速時(shí)，為保證計(jì)數(shù)器不溢出，在一次采樣中允許獲取的編碼器輸m的最大值為4096×65536．”m。。=——_#_—由此可知，m和nO是成正比的，且m的取值在1--53EH范圍內(nèi)，所以可式：m=KX‰，其中為K=1342／60000的比例常數(shù)，在實(shí)際應(yīng)用中為了減少硬負(fù)擔(dān)，可以把速度平均分成60檔，且m的初始值設(shè)為1，這樣每當(dāng)速度值超過時(shí)X2=、、、??斷的通過做試驗(yàn)來調(diào)整相應(yīng)的參數(shù)，以便可以達(dá)到最佳的測量精度。從表面上看，恒基準(zhǔn)脈沖數(shù)法與普通測T法的測速原理及量化誤差的計(jì)算沒有區(qū)別，實(shí)際上普通測T法的采樣周期總是編碼器的一個(gè)輸出脈沖周期，一次采樣獲取的N值總是一個(gè)輸出脈沖中包含的基準(zhǔn)脈沖個(gè)數(shù)，隨著轉(zhuǎn)速提高，輸出頻率成正比增加，采樣周期就會(huì)變短。此時(shí)由于N值將變小，這樣計(jì)算出的值的量化誤差將增加。恒基準(zhǔn)脈沖數(shù)法則保證在一次采樣中獲取的N值接近常數(shù)，不隨轉(zhuǎn)速的變化而變化，因?yàn)殡S著轉(zhuǎn)速的增加，采樣周期也增加。在低轉(zhuǎn)速區(qū)恒基準(zhǔn)脈沖數(shù)法和普通測T法一樣是一個(gè)編碼器輸出脈沖周期，而在高轉(zhuǎn)速區(qū)，前者的采樣周期是后者的rn倍，這樣就保證一次采樣中獲取的N值盡可能不變，其量化誤差也不變，對于使用恒基準(zhǔn)脈沖數(shù)法的測量系統(tǒng)來說，為了保證在一次采樣中得到～個(gè)完整的編碼器輸出脈沖，存在測量最低轉(zhuǎn)速的限制。因此在保證計(jì)數(shù)器不溢出的同時(shí)還要保證采樣頻率小于編碼器輸出脈3．3個(gè)電流型LEM在充電時(shí)測量相電流，另外一個(gè)電流型LEM和一個(gè)電壓型LEM傳感器在放電時(shí)測量直流母線的線電流和線電壓，這些傳感器的輸出信號(hào)經(jīng)過信號(hào)處理送入DSP，通過F240的ADC量存儲(chǔ)在DSP寄存器變量ia、ib、im、Vm中LF：M電流傳感器的LEM模塊是一種磁場平衡式霍爾電流傳感器，其反應(yīng)速度為s，主、u緣性能達(dá)2000V，由于其無慣性、線性度好，裝置又簡單，所以成為快速高精蘭墮型塑璧生望要塞竺工蘭墮型塑璧生望要塞竺工作原理示意圖如3-5所示。在厚度為D的半導(dǎo)體基片的垂直方向設(shè)置磁場B，沿著水平方向通過引線1和2引入電流Ic時(shí)，在基片的兩個(gè)長邊之間產(chǎn)生電壓就是霍爾效應(yīng)。電流引線稱為電流極，電壓引線稱為霍爾輸出級，霍爾電為：％=K。·B·，。，式中K。是與半導(dǎo)體材料和基片尺寸有關(guān)霍圖3—5霍爾元件的工圖LEM傳感器的工作二次側(cè)繞組、放大電路等部分組成。當(dāng)主回路有一大電流I流過時(shí)，在導(dǎo)線周圍產(chǎn)生一個(gè)強(qiáng)的磁場，經(jīng)聚磁環(huán)聚集后作用于霍爾傳感器，使之有一個(gè)輸出信號(hào)，再經(jīng)放大器后獲得～個(gè)補(bǔ)償電流Is，Is經(jīng)過多匝二次側(cè)繞組產(chǎn)生與I產(chǎn)生的磁場相反的補(bǔ)償磁場，于是霍爾器件的輸出逐漸減小，最后當(dāng)兩個(gè)磁場相等時(shí)，Is不再增加，這時(shí)霍爾器件就起到指示零磁通的作用，從宏觀上看，任意時(shí)刻二次側(cè)電流的安匝數(shù)都與u目前，商業(yè)化的LEM傳感器種類很多，其性能也各有千秋。由于飛輪電池的工作速度高、安全性要求高，其中瑞士LEM公司采用先進(jìn)的技術(shù)和設(shè)備生產(chǎn)的電流變換器，具有一般互感變換器無法達(dá)到的優(yōu)越性：可以進(jìn)行無觸點(diǎn)檢測、便于與計(jì)算機(jī)接口連接、精度高、線性度好、響應(yīng)速度快、頻帶寬、測量區(qū)間寬、過載能力強(qiáng)。在電路中的大電流的檢測、控制與保護(hù)方面取得了極好的效果，目前在國內(nèi)已廣泛的應(yīng)用。而電壓型EM傳感器的工作原理和電流型的相似。在本課題中電流傳感器LEML50-NP50．50A一50A之間：電壓傳感器采用LEM公司的LV25一P電壓變換器，其額定量LEM傳感器的測量LEM傳感器的測量引腳，DSP控制器ADCIN3引腳和ADCINIIO引腳共享，其轉(zhuǎn)換精度要高于與IO引腳復(fù)用的ADCIN0～1、ADCIN8～9。LEM把相A、相B和直流母線的電流、電壓信息轉(zhuǎn)化為電壓信息(Vlem)。在此選用Ia、Ib、Im的額定電流范圍是±50A，而Vm的額定電流為±500V。為了使得LEM的輸出電壓Vlem與TMs320F240的輸入電壓兼容，采用兩個(gè)變換電路分兩步來完成，如圖3—7所示。首先，輸入信號(hào)通過一個(gè)放大器獲得[一2．5，+2．5]的中間電壓，然后通過2．5V的電壓偏移使得ADC的輸入電壓達(dá)到[O，+5]的范圍，Vadcin2、Vadcinl0被采樣和轉(zhuǎn)化通過雙10位的ADC。轉(zhuǎn)I、IADN3VACNI1被采樣和轉(zhuǎn)化通過雙10位的ADC。轉(zhuǎn)換的結(jié)果被存儲(chǔ)在寄存器變量Im、Vm中。在電池充電時(shí)，TMS320F240集成的ADC同時(shí)轉(zhuǎn)換Ia和Ib，而Im和VmIm、Vm輸入端的ADC轉(zhuǎn)換器工作，Ia和Ib輸入口量電路不工作；當(dāng)放電工作。轉(zhuǎn)換的結(jié)果被存儲(chǔ)在ADC的FIFO的高lO位。因此，為了得到存儲(chǔ)在累10FIFO的值大于512時(shí)，一個(gè)負(fù)號(hào)將被擴(kuò)展到累加器的高位，因此在電流采樣方案的設(shè)計(jì)中采用的運(yùn)算放大器是T274。C74是德州儀器公司用先進(jìn)的LinCMOS工藝制造，具有Rail-to．Rail輸出能力的高性能四運(yùn)算放大器，它比目前常用的CMOS運(yùn)放有更好的噪聲、功耗和輸入失調(diào)電壓性能。TLC2274所具有的低噪聲和高輸入阻抗非常適宜用于諸如電壓／電流傳感器之類的小信號(hào)的計(jì)算、放大。而且它的最低工作電壓可以低至正負(fù)2．2V。如圖3—7所示為該方案的LEM電流電壓檢測電圖3--3．4系統(tǒng)低功耗設(shè)計(jì)的措施嘲‘2州塑塑查蘭堡主塑至蘭蘭蘭—塑塑查蘭堡主塑至蘭蘭蘭—蘭三雯墊型墨竺飛輪儲(chǔ)能系統(tǒng)作為能量的存儲(chǔ)裝置，功耗對于飛輪儲(chǔ)能系統(tǒng)來說是一個(gè)很敏感的設(shè)計(jì)指系統(tǒng)對功耗的要求是很高的，因此設(shè)法降低功耗是系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一個(gè)主要任務(wù)。降低功耗的方多，在此我們主要從下面幾個(gè)方面來減小系統(tǒng)的功耗①盡量的選用COMS集成電路，由于COMS電路的基本單元是反相器，它一個(gè)增強(qiáng)型P溝道MOS場效應(yīng)管和一個(gè)增強(qiáng)型N溝道MOS場效應(yīng)管接成互補(bǔ)結(jié)構(gòu)組成。在靜態(tài)時(shí)，無論輸入端是高電平還是低電平，COMS電路中總有一個(gè)場效應(yīng)管是截止的，流過場效應(yīng)管是截止的，流過場效應(yīng)管的電流僅為截止管的泄漏電流，其值近似為零。而且CMOS輸入電阻和場效應(yīng)管的導(dǎo)通電阻都很大，故其輸入端靜態(tài)電流很小，可減小到微安級。②用低功耗的外圍接口器件，如大量的邏輯運(yùn)算和簡單的計(jì)算可以FPGA或CPLD等器件代替，這樣就大量的減少外圍接口器件，從而減少功耗。顯示系統(tǒng)選用低功耗的LCD液晶顯示器。③的。由于IGBT晶體管的開通和關(guān)閉都有一定的延時(shí)，所以對于那些通過理論計(jì)算得出的開通時(shí)間To。非常小的開關(guān)動(dòng)作，由于這些開關(guān)動(dòng)作對電路的影響可以忽略不記，這時(shí)可以設(shè)定一個(gè)開通最短時(shí)間，當(dāng)計(jì)算的To。大于這個(gè)最短時(shí)間時(shí)，開關(guān)的動(dòng)作才執(zhí)行，這樣可以濾掉一些對電機(jī)加速影響很小的開關(guān)動(dòng)作，減小功DL如：當(dāng)電池的充電完成后，即飛輪的轉(zhuǎn)速達(dá)到設(shè)計(jì)的額定轉(zhuǎn)速時(shí)，DSP控制系統(tǒng)系統(tǒng)抗干擾設(shè)計(jì)泓m5m工作的可靠性。在飛輪儲(chǔ)能系統(tǒng)的電力電子控制中，由于其高壓和低壓控制信號(hào)同時(shí)并存，而且功率晶體管的瞬時(shí)開關(guān)也產(chǎn)生很大的電磁干擾，因此提高系統(tǒng)的抗干擾能力也是該系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。形成干擾的主要要素【①干擾源：是指產(chǎn)生干擾的元件、設(shè)備或信號(hào)，用數(shù)字語言描述是指d“dt、!竺墮墼皇鯊皇查皇王鱟!竺墮墼皇鯊皇查皇王鱟堡量型墨的結(jié)構(gòu)無關(guān)，由使用條件和外界環(huán)境因素決定的干擾，如雷電、交流供電、電機(jī)等。內(nèi)部干擾是由儀表結(jié)構(gòu)布局及生產(chǎn)工藝決定的，如多點(diǎn)接地選成的電位差引起的干擾、寄生振蕩引起的干擾、尖峰或振鈴噪聲引起的干擾等。②敏感器件：指容易被干擾的對象，如微控制器、存貯器、A／D轉(zhuǎn)換、弱信處理電路等③傳播路徑：它是干擾從干擾源到敏感器件傳播的媒介，典型的干擾傳播路抗干擾設(shè)計(jì)的基本任務(wù)是系統(tǒng)或裝置既不因外界電磁干擾影響而誤動(dòng)作或功能，也不向外界發(fā)送過大的噪聲干擾，以免影響其它系統(tǒng)或裝置正常工作。其設(shè)計(jì)一般遵循下列三個(gè)原則：1、抑制噪聲源，直接消除干擾產(chǎn)生的原因；2、切斷電磁干擾的傳播途徑，或者提高傳遞途徑對電磁干擾的衰減作用，以消除噪聲源和受擾設(shè)備之間的嗓聲耦合：3、加強(qiáng)受擾設(shè)備抵抗電磁干擾的能力，降低噪聲敏感度。3．5．2硬件抗干擾技術(shù)的設(shè)計(jì)由于飛輪儲(chǔ)能系統(tǒng)的逆變電路高達(dá)20kHz的載波信號(hào)決定了它會(huì)產(chǎn)生噪聲，這樣系統(tǒng)中電力電子裝置所產(chǎn)生的噪聲和諧波問題就成為主要的干擾，它們會(huì)對設(shè)備和附近的儀表產(chǎn)生影響。影響的程度與其控制系統(tǒng)和設(shè)備的抗干擾能力、接線環(huán)境、安裝距離及接地方法等因素有關(guān)。逆變器產(chǎn)生的PWM信號(hào)以高速通斷DC電壓來控制輸出電壓波形的。急劇的上升和下降的輸出電壓波包含許多高頻分量，這些高頻分量就是產(chǎn)生噪聲的根源，雖然噪聲和諧波都對電子設(shè)備運(yùn)行產(chǎn)生不良影響，但是兩者還是有區(qū)別的。諧波通常是指50次以下的高頻分量，頻率為2～3kHz，而噪聲卻為10kHz甚至更高的高頻分量。噪聲一般要分為兩大類：一類是由外部侵入到飛輪電池的電力電子裝置，使其誤動(dòng)作；另一類是該裝置本身由于高頻載波產(chǎn)生的噪聲，它對周圍電子、電信設(shè)備產(chǎn)生不良影響。線必須選用屏蔽線，屏蔽線外皮接地：為防止外部噪聲侵入可以采取以下的措簏噪聲的衰①河海大學(xué)碩第三章控河海大學(xué)碩第三章控制系統(tǒng)的硬模擬電路干擾的抑制：由于電路中有要測量的電流電壓等模擬量，其輸出信號(hào)都是微弱的模擬量的信號(hào)，極易受干擾影響。在傳輸線附近有強(qiáng)磁場時(shí)，信號(hào)線將有較大的交流噪聲。我們可以通過在放大器的輸入、輸出之間并聯(lián)一個(gè)電容，在輸入端接入有源低通濾波器來有效地抑制交流噪聲。此外，在A／D變換時(shí)，數(shù)字和模擬射和靜電放電噪聲，為抑制噪聲應(yīng)注意輸入輸出線路的隔離，線路的選擇、配線、器件的布局等問題。輸入信號(hào)的處理是抗干擾的重要環(huán)節(jié)，大量的干擾都是從此侵入的，一般可以從以下幾個(gè)方面采取措施：①接點(diǎn)抖動(dòng)干擾的抑制：對多余輸入端口的處理，多余連接線路盡量短，盡量用相互絞合的屏蔽線作輸入線，以減少連線產(chǎn)生的雜散電容和電感；避免信號(hào)線與動(dòng)力線、數(shù)據(jù)線與脈沖線接近。②采用光電隔離技術(shù)，并且在隔離器件上加RC電路濾波3．5．3軟件抗干擾除了硬件上要采取一系列的抗干擾措施外，在軟件上也要采取數(shù)字濾波、設(shè)置軟件陷阱、利用Watchog、程序冗余設(shè)計(jì)等措施使系統(tǒng)穩(wěn)定可靠地運(yùn)行。特別地，因飛輪電池處于菜一工作狀態(tài)的時(shí)間較長時(shí)，在主循環(huán)中應(yīng)不斷地檢測狀態(tài)，重復(fù)執(zhí)行相應(yīng)的操作，也是增強(qiáng)可靠性的一3．6控制鍵和顯示屏技術(shù)可以節(jié)省FO口的使用。這三個(gè)鍵分別輸入F240的三個(gè)外部中斷口，XIN