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人工智人-家居设计-基于TMS320F2812的电动汽车智能充电系统的研究及实现.pdf
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人工智人-家居设计-基于TMS320F2812的电动汽车智能充电系统的研究及实现.pdf
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摘要
I
摘 要
与传统的燃油汽车相比,电动汽车具有低噪声、零排放、综合利用各种能源
等优点,可以有效的解决能源危机和环境污染两大世界性难题,具有广阔的应用
前景和巨大的发展空间。《电动汽车科技发展“十二五”专项规划》中指出:到 2020
年,我国纯电动汽车保有量将达到 400 万辆。这使得电动汽车智能充电设备的研
发成为该领域的热点之一。
论文首先介绍了我国政府在新能源领域的相关政策和国外发达国家在电动汽
车行业的投入情况,以及国内外在相关领域的发展现状,并由此阐述了本课题的
研究意义。其次,介绍了电动汽车充电系统的基本结构和工作原理,并对全桥零
电压开关 PWM(PS-FB-ZVS-PWM)的工作状态进行了讨论。随后,利用 MATLAB
对充电系统进行了建模,通过仿真选取了 PID 控制算法的参数,并提出了一种以
模糊自适应 PID 为基础的分段式控制方法,仿真结果验证了这种控制方法的可行
性,这也是本文的创新所在。
然后,对硬件电路和基于 DSP 的控制程序进行了设计。为了保障充电系统的
运行安全,采用了多种逻辑电路对系统进行保护,并对功率变压器的偏磁现象进
行了深入的分析,进而给出了抑制偏磁的设计原则;此外,论文在 DSP 中还实现
了移相 PID 控制算法和分阶段充电控制算法。
最后,对本课题所设计的充电系统进行了闭环调试和实验测试。相关实验测
试结果验证了设计的可靠性。
关键词:电动汽车,充电系统,PS-FB-ZVS-PWM,分段模糊 PID,偏磁
万方数据
ABSTRACT
II
ABSTRACT
Compared with the traditional fuel vehicle, electric vehicle (EV) has much more
advantages such as low noise, zero emissions, and comprehensive utilization of energy,
etc. It can effectively solve two big worldwide problems which are the energy crisis and
environmental pollution, and it has broad application prospects and a huge development
space. The Twelfth Five-Year Special Guideline for EV Technology Development points
out that the pure EV quantities in China will up to 4 million until 2020. It makes EV
intelligent charging equipment research and development become one of the hot spots
in this field.
Firstly, this paper introduced the related policies of our government in the new
energy fields and developed countries input in electric vehicle, and the world present
situation of the study in relative fields, and with all this information we expounded the
significance of this subject. And then introduced the basic structure and working
principle of EV charging system, and discussed the working state of PS-FB-ZVS-PWM
topological. After that setted its modle by MATLAB, and selected the parameters of PID
by simulation, and then put forward a subsection control method which based on fuzzy
adaptive PID, and the simulation results demonstrate the feasibility of this control
method, and this section control method is also the innovation point of this paper.
Secondly, this paper designed the hardware circuit and control program which
based on DSP. In order to guarantee the operation safety of charging system we used a
variety of logic circuits to protection, and deeply analysised the partial magnetic
phenomenon of power transformer, and then given the design principle of the partial
magnetic inhibition. Further more, this paper also realized the phase shifting PID
control algorithm and stage charge control algorithm in DSP.
Finally, we debugged and tested this charging system, and related experimental
results shown that this design is reliable.
Keywords: Electric Vehicle, Charging System, PS-FB-ZVS-PWM, Subsection Fuzzy
PID, Partial Magnetic
万方数据
目录
III
目 录
第一章 绪论 .................................................................................................................. 1
1.1 研究背景与意义 ........................................................................................................ 1
1.2 电动汽车充电方式、充电模式与充电设备的分类 ................................................ 2
1.2.1 充电方式的分类 ............................................................................................ 2
1.2.2 充电模式的分类 ............................................................................................ 4
1.2.3 充电设备的分类 ............................................................................................ 4
1.3 电动汽车充电技术研究现状及行业发展方向 ........................................................ 5
1.3.1 国内相关研究现状 ........................................................................................ 5
1.3.2 国外相关研究现状 ........................................................................................ 5
1.3.3 控制策略研究现状 ........................................................................................ 6
1.3.4 行业发展方向 ................................................................................................ 6
1.4 本课题主要指标 ........................................................................................................ 6
1.5 各章节内容安排 ........................................................................................................ 7
1.6 本章小结 .................................................................................................................... 8
第二章 充电系统基本结构及其高频功率部分的分析 .............................................. 9
2.1 电动汽车充电系统的基本结构 ................................................................................ 9
2.2 高频功率变换电路的分析 ...................................................................................... 10
2.2.1 拓扑结构的选择 .......................................................................................... 10
2.2.2 PS-FB-ZVS-PWM 变换器的开关状态分析 ................................................. 11
2.3 本章小结 .................................................................................................................. 19
第三章 充电系统的建模与仿真 ................................................................................ 20
3.1 充电系统的等效数学模型 ...................................................................................... 20
3.2 充电系统可能的常见故障分析 .............................................................................. 22
万方数据
目录
IV
3.3 分段式模糊自适应 PID 控制策略的提出 ............................................................. 23
3.3.1 常规 PID 控制器的响应曲线分析 .............................................................. 23
3.3.2 模糊自适应 PID 控制器的建立 .................................................................. 26
3.3.3 分段式控制策略的提出 .............................................................................. 29
3.4 分段式模糊自适应 PID 控制器的设计 ................................................................. 29
3.4.1 控制原理及分段方法 .................................................................................. 29
3.4.2 分段参数与仿真模型 .................................................................................. 30
3.5 仿真结果及分析 ...................................................................................................... 31
3.6 本章小结 .................................................................................................................. 34
第四章 充电系统硬件部分设计 ................................................................................ 35
4.1 功率电路部分 .......................................................................................................... 35
4.1.1 输入级整流滤波部分的设计 ...................................................................... 35
4.1.2 DC/DC 变换及输出整流滤波部分的设计 .................................................. 37
4.1.3 偏磁问题的分析及抑制 .............................................................................. 40
4.2 控制电路部分 .......................................................................................................... 48
4.2.1 电源与地的设计 .......................................................................................... 48
4.2.2 最小系统部分的设计 .................................................................................. 49
4.2.3 采样电路的设计 .......................................................................................... 51
4.2.4 IGBT 驱动及其保护电路的设计 ................................................................. 54
4.2.5 控制系统相关保护电路的设计 .................................................................. 56
4.2.6 其它部分的设计 .......................................................................................... 58
4.3 辅助电源部分 .......................................................................................................... 58
4.4 本章小结 .................................................................................................................. 60
第五章 充电系统软件设计 ........................................................................................ 61
5.1 主要功能模块的软件设计方法 .............................................................................. 61
5.1.1 PWM 程序的设计 ......................................................................................... 61
5.1.2 ADC 模拟采样程序的设计 .......................................................................... 63
5.1.3 PID 控制程序的设计 .................................................................................... 64
万方数据
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