摘 要

随着新能源技术的不断发展以及世界能源形势的持续紧张，太阳能发电越来越受到重视。不仅在大功率场合利用光伏并网发电，提供大量的电能，而且也能为一些小功率用电设备提供电能。太阳能发电为小功率用电设备提供电能有其独特的优势，太阳能分部广泛，可就地取材，日照比较规律。本文以小功率太阳能电池驱动直流无刷电机为研究对象，针对太阳能电池，直流无刷电机的建模，控制，仿真等进行了研究。

首先，本文介绍了太阳能发电的基本构成，还有拓扑结构，根据设计要求选择控制器以及蓄电池。其次对太阳能电池中的各个模块进行了建模，包括光伏电池，控制器，升压变换电路，在所建立的数学模型基础上，对各个模块的输出特性进行分析，同时在Simulink平台下搭建了各个模块的电气模型。

然后，本文分析了直流无刷电机的组成结构，还有输出特性。对直流无刷电机进行建模，包括电机本体，电磁转矩，转速，反电动势等。对各个模块输入输出特性分析的基础上，采用转速，电流双闭环控制，同时在Simulink中搭建仿真模型，验证控制策略的有效性。

最后将整个太阳能电池驱动直流无刷电机整个系统连接在一起，观察系统的太阳能电池的输出，电压变换电路输出，直流无刷电机的启动，输出转速转矩特性。考察整个系统的工作状况。

关键词：太阳能电池；直流无刷电机；Simulink仿真

Abstract

With the continuous development of new energy technologies and the continued tension in the world energy situation, solar power gets more and more people’s attention. Not only in high-power occasions using photovoltaic grid-connected power generation, providing a lot of power, but also for some low-power electrical equipment to provide electricity. Solar power for the production of low-power electrical equipment has its unique advantages, a wide range of solar energy, local materials, sunshine more regular. In this paper, low power solar cell driven brushless DC motor as the research object, for solar cells, brushless DC motor modeling, control, simulation and other research.

First of all, this paper describes the basic structure of solar power, as well as the topology, according to the design requirements of the controller and the battery. Secondly, the modules in the solar cell are modeled, including the photovoltaic cells, the controller and the boost converter circuit. Based on the established mathematical model, the output characteristics of each module are analyzed, and the Simulink platform is built. The electrical model of each module.

Then, this paper analyzes the composition of DC brushless motor, as well as the output characteristics. The brushless DC motor modeling, including the motor body, electromagnetic torque, speed, back electromotive force and so on. Based on the analysis of input and output characteristics of each module, the simulation model is established in Simulink, and the effectiveness of the control strategy is verified.

Finally, the entire solar cell drive DC brushless motor whole system connected together to observe the system's solar cell output, voltage conversion circuit output, DC brushless motor start, the output speed torque characteristics. Examine the work of the entire system.

Key words: solar cell; brushless DC motor; Simulink simulation

目录

摘要 I

Abstract II

第1章 绪论 1

1.1研究的目的及意义 1

1.2控制系统的简介 1

1.3 太阳能电池驱动直流无刷电机研究热点 2

1.4国内外研究现状 3

1.5论文设计安排 4

第2章 电源部分 5

2.1太阳能电池 5

2.1.1太阳能光伏发电原理 5

2.1.2单体电池参数 6

2.1.3光伏电池组件 7

2.1.4电池组件及方阵设计 8

2.1.5电池组件Simulink仿真模型 8

2.2光伏储能设备 11

2.2.1蓄电池的选取 11

2.2.2太阳能光伏控制器 12

2.2.3光伏控制器分类及控制原理 12

2.2.4脉宽调制型控制器的Simulink仿真 15

2.3电压变换电路 18

2.3.1常见升压变换电路 18

2.3.2推挽电路的Simulink仿真 20

2.4本章小结 23

第3章 直流无刷电机 24

3.1直流无刷电机的结构和工作原理 24

3.1.1永磁直流无刷电动机的结构 24

3.1.2无刷直流电机原理 29

3.2直流无刷电机的数学模型 29

3.3建立系统仿真模型 31

3.3.2仿真结果 37

3.4本章小结 40

第4章 控制系统仿真 41

第5章 总结与展望 42

5.1主要结论 42

5.2研究和展望 42

参考文献 43

致谢 44

第1章 绪论

1.1研究的目的及意义

研究小功率太阳能电池驱动直流无刷电机主要是是为了探索利用太阳能提供动力。传统化石能源储存量有限，燃烧化石能源有污染物排放，太阳能取之不尽，用之不竭，使用过程中还不会有污染，是理想的能源^【10】。当前利用太阳能的主要方式是大功率的太阳能并网发电，满足人们的能源需求。在利用太阳能为人类提供动力方面也就是在航空航天上应用较多。太阳能汽车、太阳能飞机有结构上有重量轻、体积小的优点，因此运行过程中所做的无用功少；以光、电代替石油，节约石油能源；转换较高，内燃机能量转换效率比较低为12%~15%，大部分损耗在了机械传动机构上了，而利用太阳能发电然后驱动电机，没有卡诺循环，效率比内燃机高2~3倍，而且电机的控制损耗比机械传动机构的损耗小得多；使用过程中无污染，无噪声，用户体验舒服。但太阳能汽车，太阳能飞机都处在研发阶段，距离量产化，生活化，市场化还很远。主要是因为太阳能不稳定，能量密度低，太阳能收集装置转换效率低，成本高。只有克服这些难关，太阳能汽车、太阳能飞机的春天才会到来。

研究小功率太阳能电池驱动直流无刷电机有利于拓展太阳能在民用商品上的应用，现在市场上也有一些小功率的太阳能汽车，飞机的玩具，其原理就是利用太阳能发电带动电机旋转，但造价昂贵。若能把太阳能驱动电机这一核心技术了解清楚，可以提高产品生产率，降低生产价格，进而抢占民用市场。