摘要
风力发电是一种清洁能源，通过对风能的利用有利于优化未来的能源利用模式。本文介绍了风能转换系统最佳叶尖速比控制算法设计，主要目的是实现风力发电系统的最大功率点跟踪。
论文的开始介绍了国内外风力发电的概况，为本文奠定了写作背景。接着文章阐述了风力发电系统的基本原理，着重介绍了风力机的结构与组成和贝茨理论，这是本文的基础。紧接着，文章分析了最大功率点跟踪控制算法的基本原理，以及最佳叶尖速比控制的特点，为控制系统的设计做好了准备。然后针对最佳叶尖速比控制定步长算法的特点，设计出了相应的控制算法和PI控制器，通过选取合适的PI参数，得到了较为理想的追踪效果，从而实现控制所要求的目标。最后就是本文的重点，Matlab环境下的仿真。首先我建立了风力发电系统的仿真模型，然后在Matlab环境下实现了最佳叶尖速比控制算法并对控制算法仿真结果进行了分析。
总之，通过分别对风力发电系统的设计和仿真，实现了对风能转换系统最佳叶尖速比控制算法设计。
关键词：风能转换系统；叶尖速比；最大功率点跟踪；PI控制器
Abstract
Wind power is a kind of clean energy, through use of wind energy is beneficial to optimize the mode of energy use in the future. This paper introduces the wind energy conversion system optimal tip speed ratio control algorithm is designed, main purpose is to achieve maximum power point tracking of wind power system .
The beginning of the paper introduces the general situation of wind power at home and abroad, laid the writing background for this article. Then the article expounds the basic principle of wind power generation system, emphatically introduces the structure and composition and Bates theory of wind turbine, which is the basis of this article. Then, this paper analyzes the basic principle of the maximum power point tracking control algorithm, and the characteristics of the optimal tip speed ratio control, ready for the design of control system. Then aiming at optimal tip speed ratio control characteristics of fixed step length algorithm, designed the corresponding control algorithm and PI controller, by choosing the right PI parameters, obtained the ideal track effect, so as to realize the goal of control required. The last is the focus of this article, the simulation of Matlab environment. First, I established the simulation model of wind power system, and then realized in Matlab environment the optimal tip speed ratio control algorithm and the control algorithm simulation results are analyzed.
In a word, through the design and simulation of wind power generation system, implements the optimal tip speed ratio control algorithm design of wind energy conversion system.
Key words:wind energy conversion system;tip-speed ratio;the maximum power point tracking; PI controller
目录
1 绪论 (1)
1.1 引言 (1)
1.2 研究的目的和意义 (1)
1.3 世界风力发电发展概况 (1)
1.3.1 世界风力发电装机容量迅速扩大 (1)
1.3.2 风力发电机组的单机容量不断增大 (2)
1.3.3 风力发电的经济性日益提高 (2)
1.4 我国风力发电发展概况 (2)
1.4.1 我国风电利用的特点 (2)
1.4.2 我国风电的发展与现状 (3)
2 风力发电系统的基本原理 (5)
2.1 风力发电机的结构与组成 (5)
2.1.1 风力发电机的分类 (5)
2.1.2 水平轴风力发电机的结构 (5)
2.2 风力发电的基本原理 (8)
2.2.1 贝茨（Betz）理论 (8)
2.2.2 风力发电机的特性系数 (10)
2.3 本章小结 (11)
3 最大功率点跟踪算法的基本原理 (12)
3.1 最大功率点跟踪算法 (12)
3.1.1 风力发电系统的运行区域 (12)
3.1.2 最大风能捕获原理 (12)
3.2 最佳叶尖速比控制的特点 (14)
3.3 本章小结 (14)
4 基于叶尖速比PI控制的风力发电系统仿真 (15)
4.1 风力发电系统的仿真模型 (15)
4.1.1 风速模型的建立 (15)
4.1.2 风力发电系统的模型 (16)
4.1.3 输出功率追踪控制模型的建立 (17)
4.1.3 追踪仿真 (18)
4.2 本章小结 (20)
5 结束语 (21)
参考文献 (22)
致谢 (23)
1 绪论
1.1 引言
能源、环境是当今人类生存和发展所要解决的紧迫问题。常规能源以煤、石油、天然气为主，它不仅资源有限而且造成了严重的大气污染。随着世界工业化进程的不断加快，使得能源消耗逐渐增加，全球工业有害物质的排放量与日俱增，从而造成气候异常、灾害增多、恶性疾病的多发，因此，能源和环境问题成为当今世界所面临的两大重要课题。由能源问题引发的危机以及日益突出的环境问题，使人们认识到开发清洁的可再生能源是保护生态环境和可持续发展的客观需要。因此，对可再生能源的开发利用特别是风能的开发利用，已经受到世界各国的高度重视。
风力发电起源于20世纪70年代，技术成熟于80年代，自90年代以来风力发电进入了大发展阶段。随着风力发电容量的不断增大，控制方式从基本单一的定桨距失速控制向全桨叶变距控制和变速控制发展。前人在风轮机的空气动力学原理和能量转换原理的基础上,系统分析了定桨距风力发电机组、变桨距风力发电机组、变速风力发电机组的基本控制要求和控制策略，并对并网型风力发电机组的变桨距控制技术进行了一定的研究。变桨距风力发电机组的主要控制是在起动时对风轮转速的控制和并网后对输入功率的控制。通过变距控制可以根据风速来调整桨叶节距角，以满足发电机起动与系统输出功率稳定的双重要求。但由于对运行工况的认识不足，对变桨距控制系统的设计不能
满足风力发电机组正常运行的要求，更达不到优化功率曲线和稳定功率输出的要求。1.2 研究的目的和意义
风力发电是一种清洁能源，通过对风能的利用有利于优化未来的能源利用模式。同
时，通过对风力发电的研究还可以帮助我们了解这项新的技术。在21世纪这个科学技术
飞速发展的时代，无论是工业，科技都在不断进步，随之而来对能源的需求量也不断增
大，风力发电作为可再生清洁能源能够很好的满足这一需求，因此也具有很大的发展空
间和发展前景。
1.3 世界风力发电发展概况
1.3.1 世界风力发电装机容量迅速扩大
1981年全世界风力发电装机容量不超过1.5万kw，1990年底增至196万kw，到1998年底已达到956万kw，其中德国287.5万kw，美国182万kw，丹麦144.8万kw，印度96.8万kw。世界风电装机容量的增长，20世纪80年代主要集中在美国，但从1986
年起，美国过早地停止了对发展风电的优惠政策，而90年代初，欧洲一些国家却建立
了较全面的支持可再生能源政策，因而90年代世界风电装机容量的增长主要在欧洲。另外，在发展中国家，印度的风力发电也得到了迅速发展，目前其装机容量已属于世界
第4位。
1.3.2 风力发电机组的单机容量不断增大
20世纪80年代初，商品化风电机组的单机容量以55kw（风轮直径15~16m）为主，80年代中期到90年代初发展到以100~450kw为主，90年代中后期则以500kw~1Mw为主。目前大中型机组并网发电，已成为世界风能利用的主要形式。为降低单位千瓦造价，节省风电场使用面积，加快风电场建设速度，提高风电的经济效益，不少国家和公司相继提高单机容量，制造出风轮直径大于40m的商品机组。这些机型投向市场，标志着商品机组正在向大型化发展。
1.3.3 风力发电的经济性日益提高
由于风电市场的扩大、风电机组产量和单机容量的增加以及技术上的进步，使风电
机组每千瓦的生产成本在过去近20年中稳定下降。80年代初期，每千瓦的造价约为
3000~4000美元。而现在，按1997年国际上的批量（30台以上）售价，定桨距失速调节型300kw机组约为925美元/kw，600kw机组约为730美元/kw（含塔架及其基础件，不包括运输费用）。风电场的建设成本每千瓦装机容量约为1000~1300美元。
另一方面，由于风电机组设计和工艺的改进（如叶片翼型改进等），性能和可靠性
提高，加上塔架高度增加以及风场选址评估方法的改进等，使风电机组的发电能力有相
当大的增长，每平方米风轮扫掠面积的年发电量从80年代初期的400kw~500kwh提高到
目前的1000kwh以上。一台标准的600kw风力发电机，当各种条件都是最佳状态时，每
年可发电约200万kwh，即每平方米风轮扫掠面积的年发电量可达1400~1500kwh。目前
风电场的容量系数（即一年的实际发电量除以装机额定功率与一年8760小时的乘积一般
约为0.25~0.35）。
综合上述情况以及风电场的风力资源、规模、运行维护成本和融资因素（如贷款利
率、偿还期等），目前在较好的风场，风力发电的成本约为5美分/kwh左右，已具备与
火电竞争的能力。
当然，独立运行的非并网型风电系统，由于需要蓄电池和逆变器等，同时容量系数
较小，所以发电成本比并网型机组要高。
1.4 我国风力发电发展概况
1.4.1 我国风电利用的特点
我国风能资源比较丰富，近十几年来，对风能资源状况作了较深入的勘测调查，全
国可开发利用的风能资源总量约2.5亿kw。东南沿海和山东、辽宁沿海及其岛屿，内蒙
古北部，甘肃、新疆北部以及松花江下游等地区均属风能资源丰富区，年平均风速≥6m/s，有效风能密度≥200w/m2，有很好的开发利用条件。这些地区中很多地方常规能源贫乏，无电或严重缺电，尤其是新疆、内蒙古的大部分草原牧区以及沿海几千个岛屿，人口分散，电网难以通达，或无电力供应，或采用很贵的柴油发电。在上述地区，利用风力发电，以节约能源，改善环境，缓解电力供应紧张状况，具有重要的现实意义。另一方面，这几年我国的交通条件得到很大的改善，电网覆盖程度有了很大的提高，不少风能资源丰富地区已置于电网覆盖之下，这也为建设大型风电场提供了有利的条件。上述情况决定了我国发展风电的特点是：在风力资源丰富或较丰富的边远无电、缺电地区，以发展小型或中型独立运行的风电系统（包括风力/柴油联合发电和风/光联合发电等）为主，利用风力发电解决边远地区的生活用电和部分生产用电；在风力资源丰富、电网通达的地区，风力发电则作为一种清洁的可再生能源，补充和逐步替代部分常规能源，缓解电力供应紧张的矛盾，提高当地的环境质量，所以应以发展大型风电场为主。
1.4.2 我国风电的发展与现状
我国风能利用历史悠久，但现代风力发电事业基本上开始于20世纪70年代，从80年代初开始，原国家科委和国家计委将新能源利用列入国家科技攻关计划，其中包括风力发电的科技攻关项目，全国先后共研制出从50w到200kw机型40多种。根据我国的具体情况，为解决地处边远、居住分散、电网难以到达地区的农牧民群众的用电问题，重点推广了户用微型风力发电机，目前全国约为14万台百瓦级风电机组在运行，主要分布在内蒙古地区，收到了很好的成效，对解决牧民的生活用电起到了积极作用。几十千瓦到百千瓦级风力/ 柴油联合发电系统以及几千瓦到几十千瓦级风/光联合发电系统也开展了一些示范应用，但尚未形成规模。
风力发电场的建设是使风能成为真正的补充替代能源和发挥规模效益的主要方式。20世纪80年代中期，我国开始进行并网型风力发电技术的试验和示范，经过十多年的努力，逐步走向规模开发。到1998年底，在全国风能资源丰富的10个省（自治区）已经建设了19个风电场，共安装单机容量从55kw到600kw的风电机组530台，总装机容量达到22.35万kw。其中最大的新疆达坂城风电二场装机3.61万kw，其次是内蒙古的辉腾锡勒风电场，装机3.61万kw。
目前我国风电场建设的基本情况和特点是：
1）尽管近几年我国风电场建设取得了可喜的进展，步入了一个新的发展阶段，但到1997年底，我国风电场总装机容量仅占全国电网总容量0.07%，所以目前还远不能说风力发电已成为我国电力的一支重要力量。它有巨大的发展潜力，需要进一步加速开发和建设。
2）目前我国并网型风力发电机组绝大部分是国外机组，其中丹麦占67%，德国占21%，美国占11%。国产机组仅占约1%，而且由于质量方面的原因，年利用率较低，说明我国中大型并网风电机组的研究开发和生产大大落后于国外，也落后于我国风电场的
建设步伐，必须尽快加速大型风电机组国产化的进程。“九五”期间，我国采取技贸结合的形式，与国外组建合资生产企业，在建设风电场的同时，引进技术，通过消化吸收，达到具备自主开发、自行设计和制造大型风电机组的能力。当前重点是解决300kw、600kw机组的国产化问题。
3）我国风电场单位容量的综合投资约为1万元/kw，目前我国风力发电的成本约为0.4~0.6元/kwh。虽然就0.4元/kwh而言，已接近新建火电的价位，但总的来说，尚不具备完全商业化生产的条件，仍需要政策上的大力扶持，如保证优惠的上网电价、减免增值税等。风能是清洁的、免费的可再生能源，减免增值税是完全有理由的，这些政策的制定，必将大大推动我国可再生能源利用产业的发展。
风力发电是一个新的产业，虽然目前同常规发电相比，规模还很小，但发展风电是改善我国能源结构、减少污染物排放、保护环境的需求，从长远利益出发是保证可持续发展的战略举措。
2 风力发电系统的基本原理
2.1 风力发电机的结构与组成
2.1.1 风力发电机的分类
风力发电机组是将风能转化为电能的装置，按其容量分可分为：小型（10kw以下）、中型（10—100kw）和大型（100kw以上）风力发电机组。按主轴与地面相对位置又可分为：水平轴风力发电机组和垂直轴风力发电机组。水平轴风力发电机是目前世界各国风力发电机最为成功的一种形式，主要优点是风轮可以架设到离地面较高的地方，从而减少了由于地面扰动对风轮动态特性的影响。它的主要机械部件都在机舱中，如主轴、齿轮箱、发电机、液压系统及调向装置等。而生产垂直轴风力发电机的国家很少，主要原因是垂直轴风力发电机效率低，需启动设备，同时还有些技术问题尚待解决。在本文中以后不做特殊说明时所指的风力发电机组即为大中型的水平轴风力发电机组。
图2.1 风力发电机的结构
2.1.2 水平轴风力发电机的结构
大中型风力发电机组是由叶片、轮毂、主轴、增速齿轮箱、调向机构、发电机、塔架、控制系统及附属部件（机舱机座回转体制动器等）组成的。
(1)机舱
机舱包含着风力发电机的关键设备，包括齿轮箱、发电机等。
(2)风轮
叶片安装在轮毂上称作风轮，它包括叶片、轮毂、主轴等。风轮是风力发电机接受风能的部件。
叶片是风力发电机组最关键的部件，现代风力发电机上每个转子叶片的测量长度大约为20米叶片数通常为2枚或3枚，大部分转子叶片用玻璃纤维强化塑料（GRP）制造。叶片可分为变浆距和定浆距两种叶片，其作用都是为了调速，当风力达到风力发电机组设计的额定风速时，在风轮上就要采取措施，以保证风力发电机的输出功率不会超过允许值。
轮毂是连接叶片和主轴的零部件。轮毂一般由铸钢或钢板焊接而成，其中不允许有夹渣、砂眼、裂纹等缺陷，并按桨叶可承受的最大离心力载荷来设计。
主轴也称低速轴，将转子轴心与齿轮箱连接在一起，由于承受的扭矩较大，其转速一般小于50r/min，一般由40Cr或其他高强度合金钢制成。
（3）增速器
增速器就是齿轮箱，是风力发电机组关键部件之一。由于风轮机工作在低转速下，而发电机工作在高转速下，为实现匹配采用增速齿轮箱。使用齿轮箱可以将风电机转子上的较低转速、较高转矩转换为用于发电机上的较高转速、较低转矩。
（4）联轴器
增速器与发电机之间用联轴器连接，为了减少占地空间，往往联轴器与制动器设计在一起。
（5）制动器
制动器是使风力发电机停止转动的装置，也称刹车。
（6）发电机
发电机是风力发电机组中最关键的部件，是将风能最终转变成电能的设备。发电机的性能好坏直接影响整机效率和可靠性。大型风电机（100-150千瓦）通常产生690伏特的三相交流电。然后电流通过风电机旁的变压器（或在塔内），电压被提高至1-3万伏，这取决于当地电网的标准。风力发电机上常用的发电机有以下几种：
①直流发电机，常用在微、小型风力发电机上。
②永磁发电机，常用在小型风力发电机上。现在我国已经发明了交流电压440/240V 的高效永磁交流发电机，可以做成多对极低转速的，特别适合风力发电机。
③同步或异步交流发电机，它的电枢磁场与主磁场不同步旋转，其转速比同步转速略低，当并网时转速应提高。
（7）塔架
塔架是支撑风力发电机的支架。塔架有型钢架结构的，有圆锥型钢管和钢筋混凝土的等三种形式，风电机塔载有机舱及转子。
（8）调速装置
风速是变化的，风轮的转速也会随风速的变化而变化。为了使风轮运转所需要额定转速下的装置称为调速装置，调速装置只在额定风速以上时调速。目前世界各国所采用的调速装置主要有以下几种：
○1可变浆距的调速装置；
○2定浆距叶尖失速控制的调速装置；
○3离心飞球调速装置；
○4空气动力调速装置；
○5扭头、仰头调速装置。
（9）调向（偏航）装置
调向装置就是使风轮正常运转时一直使风轮对准风向的装置。借助电动机转动机舱以使转子正对着风。偏航装置由电子控制器操作，电子控制器可以通过风向标来感觉风向。通常在风改变其方向时，风电机一次只会偏转几度。
（10）风力发电机微机控制系统
风力发电机的微机控制属于离散型控制，是将风向标、风速计、风轮转速、发电机电压、频率、电流、发电机温升、增速器温升、机舱振动、塔架振动、电缆过缠绕、电网电压、电流、频率等传感器的信号经A/D转换，输送给单片机再按设计程序给出各种指令实现自动启动、自动调向、自动调速、自动并网、自动解列、运行中机组故障的自动停机、自动电缆解绕、过振动停机、过大风停机等的自动控制。自我故障诊断及微机终端故障输出需维修的故障，由维修人员维修后给微机以指令，微机再执行自动控制程序。风电场的机组群可以实现联网管理、互相通信，出现故障的风机会在微机总站的微机终端和显示器上读出、调出程序和修改程序等，使现代风力发电机真正实现了现场无人职守的自动控制。
（11）电缆扭缆计数器
电缆是用来将电流从风电机运载到塔下的重要装置。但是当风电机偶然沿一个方向偏转太长时间时，电缆将越来越扭曲，导致电缆扭断或出现其他故障。因此风力发电机配备有电缆扭曲计数器，用于提醒操作员应该将电缆解开了。风力发电机还会配备有拉动开关在电缆扭曲太厉害时被激发，断开装置或刹车停机，然后解缆。
2.2 风力发电的基本原理
2.2.1 贝茨（Betz ）理论
图2.2 贝茨（Betz ）理论计算简图 世界上第一个关于风轮机风轮叶片接受风能的比较完整的理论是1919年由A ·贝茨(Betz)建立的。贝茨理论的建立依据的假设条件是假定风轮是理想的，能全部接受风能并且没有轮毂，叶片是无限多，对气流没有任何阻力。而空气流是连续的，不可压缩的，叶片扫掠面上的气流是均匀的，气流速度的方向不论在叶片前或流经叶片后都是垂直叶片扫掠面的(或称为是平行风轮轴线的)，满足以上条件的风轮称为“理想风轮”。
如图2.2所示，我们分析一个放置在移动的空气中的“理想风轮”叶片上所受到的力及移动的空气对风轮叶片所做的功。风吹到叶片上所做的功是将风的动能转化为叶片转动的机械能，则有21
如果假设空气是不可压缩的，由连续条件可得
V V S SV V S ===2211 (2.1)
由流体力学可知气流的动能为
25.0mv T = (2.2)
设单位时间内气流流过载面积为s 的气体的体积为V ，则sv V =。
如果以ρ表示空气密度，该体积的空气质量sv m ρ=，此时气体所具有的动能为
32
1sv T ρ= (2.3) ρ的单位是kg/m 3；V 的单位是m 3；v 的单位是m/s ；T 的单位是W 。
从风能公式可以看出风能的大小与气流密度和通过的面积成正比，与气流速度成正比，其中ρ和v 随地理位置、海拔、地形等因素而变。
风作用在叶片上的力由欧拉定理求得
)()(2121v v m v v sv F -=-=ρ (2.4)
式中 ρ——空气当时的密度
风轮所接受的功率为
)(212v v sv Fv P -==ρ (2.5)
所以经过风轮叶片的风的动能转化
)(21)(21
2
22
12221v v m v v sv T -=-=?ρ
(2.6) 式中 sv ρ——空气质量
T P ?=
(2.7) 22
1v v v +/=
(2.8) 因此，风作用在风轮叶片上的力F 和风轮输出的功率P 分别为
)(212
221v v s F -=ρ
(2.9) ))((41
212
221v v v v s P +-=ρ
(2.10) 风速1V 是给定的，P 的大小取决于2V ，P 是2V 的函数，对P 微分求最大值得
)32(41
2
221212
v v v v s dv dP
--=ρ
(2.11) 令其等于0，求解方程得
1231
v v =
(2.12) 3
131max 271621278
sv sv P ρρ?==
(2.13) 16/27=0．593，P C 称作贝茨功率系数
P C sv P 3
1m ax 21
ρ=
(2.14) 而3
121
sv ρ正是风速为1V 的风能T ，故
p TC P =max
(2.15)
P C =0.593，说明风吹在叶片上，叶片上所能获得的最大功率max P 为风吹过叶片扫掠面积S 的风能的59.3％。贝茨理论说明理想的风能对风轮叶片做功的最高效率是59.3％。通常风轮机风轮叶片接受风能的效率达不到59.3％，一般根据叶片的数量、叶片的翼形、功率等情况取0.25-0.45。
2.2.2 风力发电机的特性系数
贝茨理论提供了风能的基本理论，但在讨论风轮机的能量转换与控制时有几个特性系数具有特别重要的意义。
（1）风能利用系数P C
风轮机从自然风能中吸到能量的大小和程度可以用风能利用率系数P C 表示
S v P C p 312
1ρ= (2.16) （2）叶尖速比λ
为了表示风轮在不同的风速中的状态用叶片的叶尖圆周速度与风速之比来衡量称为叶尖速比λ
v
wR v Rn ==πλ2 (2.17) 低速风轮λ取较小值；高速风轮λ取较大值。
（3）转矩系数T C 和推力系数F C
为了便于把气流作用下的风轮机产生的转矩和推力进行比较常以λ为变量作成转矩和推力的变化曲线，因此转矩和推力也要无因次化。
SR
v T SR v T C T 2222
1ρρ== (2.18) S
v F S v F
C F 22221ρρ== (2.19)
2.3 本章小结
本章阐述了风力发电系统的基本原理，着重介绍了风力机的结构与组成和贝茨理论，为后文的写作奠定了理论基础。
3 最大功率点跟踪算法的基本原理
3.1 最大功率点跟踪算法
3.1.1 风力发电系统的运行区域
根据风力机的理论，当风速由小变大时，风力机分别运行在最大风能捕获区、恒转速区和恒功率区，如图3.3所示。其中，为风力机额定输出功率；区域1为风力机在最大风能捕获时的工作区域；区域2为风力机的恒转速区；区域3为其恒功率区。这里，用线段OA表示此时风力机处于定桨距的状态。一般情况，当桨距角为0时，风力机的输出功率只与发电机的转速有关，因此只要对发电机转速进行控制，找到发电机的一个最佳参考转速opt，就可追踪捕获最大风能，进而达到使发电机输出功率最大的目的。
3.1.2 最大风能捕获原理
根据贝兹理论，风力机从风中捕获的功率为
其中ρ表示空气密度，β表示桨距角，表示风力机的风能利用系数，R是风轮的半径，ν表示风速，λ表示叶尖速比，即，ω为风力机的角频率(rad/s)。风能利用系数与叶尖速比之间的关系如图3.2所示。
由上图可见，风能利用系数随着叶尖速比λ的变化而变化。当λ=时，
=即为风能利用系数的最大值。而叶尖速比，在风速变化时，相应地调节风轮的转速就可以将叶尖速比维持在λ=处，此时风能利用系数为最大值
，风力机对风能的捕获量最大，即运行在最大功率点上。
在不同的风速下，风力机的输出功率与风轮转速的关系，如图3.3所示，其中，P表示风力机的输出功率，ω表示风轮的转速，、、分别为风力机在风速为、、时相应于最大输出功率、、的风轮转速。由图3.3可以看出，在风速一定的情况
下，输出功率随着风轮转速的变化而变化，其中存在着一个与最大功率点相对应的叶尖速比，此时的风能利用系数为最大值。在风速发生变化时，风力机最大功率点所对应的风轮转速也不同。把不同风速下的风力机输出最大功率点相连，将得到一条曲线即为风力机的最大功率曲线。为了提高风力机的效率，在风速发生改变时，就必须对风力机实行变速控制，使其始终运行在最大功率曲线上。在风速变化时，通过调节风力机的转速，将叶尖速比维持在处，以确保风力机运行在最大功率曲线上，即为对风
力机最大功率点的跟踪控制原理。
图3.4为风速变化时，变速风力机对最大功率点的跟踪过程。在风速为时，风力机运行于A点，为了追踪最大功率点B，需要增加风力机风轮的转速ω。
当ω=时，风力机运行于B点，A→B的变化过程即为变速风力机在风速下，对
最大功率点B的追踪过程。当风速从增加至时，风力机的运行状态将从B点跳变到C
点，同样为追踪该风速下的风力机的最大功率点，需要增加风力机转速ω，当ω=时，风力机运行于对应风速下的最大功率点D点，C→D的变化过程即为变速风力机在风速下，对最大功率点D的追踪过程。同理，当风速从下降到时，风力机的运行状态
从D点跳变到E点，而E点位于风速为时的风力机的最大功率点F点的右侧，所以应该
减小风力机的转速ω直到ω=，此时风力机运行在最大功率点F点。E→F的变化过程是风力机在风速为时，对最大功率点的追踪过程。以上即为变速风力机在风速发生变化时对最大功率点的跟踪过程。
通过上述分析我们知道，在风力发电系统中，发电机的输出功率是随着风力机输出功率的变化而变化的，因此，为了能够使风力发电系统在风速变化的过程中始终保持在最大功率输出状态，就需要我们对风力机和发电机进行适当的调节或控制，依据它们的工作特性，使它们能够跟踪风速的变化，达到输出最大功率的目的。
3.2 最佳叶尖速比控制的特点
最优叶尖速比法是当风速变化时要维持风力机的叶尖速比λ始终保持在最佳值
处,一般是通过计算或实验获得, 这样在任何风速下风力机对风能的利用率都大。图3.5为其控制原理框图, 它将风速ν和风力机转速ω的测量值作为控制系统的输入信号, 通过计算得出此时的实际叶尖速比λ, 然后与最优叶尖速比相比较, 所得误差值送入
控制器, 控制器控制逆变器的输出来调节风机转速,从而保证叶尖速比最优。
图3.5 最佳叶尖速比控制算法原理框图
此法优点:它是MPPT最直接实现思想,物理概念明确,原理简单,只要1个PI控制器即可满足控制要求,容易实现;在风速测量精确的前提下,具有很好的准确性和反应速度。
此法缺点:需要测量风速、转速,而风速难以准确测得,影响控制精度;还需要知道风力机最佳叶尖速比曲线, 而最佳叶尖速比由风机厂家的实验数据求得,它与风力机和发电机的特性以及所采用的变频器拓扑结构等境因素有关,算法的移植比较困难;由于风速的随机性和不确定性,会引起风力机输出功率的剧烈波动;需要知道风力机特性和需要安装风速测量装置,导致成本增加,系统可靠性降低。
3.3 本章小结
本章分析了最大功率点跟踪控制算法的基本原理，以及最佳叶尖速比控制的特点，为控制系统的设计做好了准备。
4 基于叶尖速比PI控制的风力发电系统仿真
4.1 风力发电系统的仿真模型
PI控制器具有比例调节作用和积分调节作用，其中比例调节作用是指按比例来反映系统的偏差，系统一旦出现了偏差，比例调节立即产生调节作用以减少偏差；积分调节作用是指消除系统的稳态误差，提高无差度。本文中的控制器采用PI控制技术，用实际输出功率来追踪参考输出功率，对它们之间的误差进行仿真。通过选取合适的PI参数，可以得到较为理想的追踪效果，从而实现控制所要求的目标。
仿真模型的参数为：
叶片长度：R=2.5m 互感：L m=0.1397H
多级传动比：i=6.25 定子电感：L s=0.1452H
低速轴惯量：J1=3.6kg·m2 转子电感：L r=0.1452H
效率：η=0.95 定子频率：ωs=100π rad/s
极对数：T=2 传动链最大转矩：ΓGmax=40N·m
定子的绕线电阻：R s=1.265Ω定子电压：V s=200v
转子的绕线电阻：R r=1.43mΩ
4.1.1 风速模型的建立
图4.1 风速模型图
图4.2 风速波形图
4.1.2 风力发电系统的模型
风力发电系统模型主要由空气动力模型、传动链、发电机模型构成。下面将分别介绍各个部分的功能。空气动力模型的作用是将有效的风能转换为有用的机械能；传动链的作用是将风轮的旋转运动传递至发电机，其采用一定增速比例的齿轮箱作为机械传动结构，通过这种方法，将会增加转速，可将风轮转速增至适合驱动发电机的转速，便于发电机正常运行；发电机模型的作用是产生电能，目的在于将传动链传送过来的机械能转换为电能；发电机的电力终端与公共电网相连，便于将电能输送至电网。整个风力发电系统是一个有机整体，需要各个子部分有较高的兼容性，才能实现风能的高效转换。风力发电系统模型如图4.3所示。
图4.3 风力发电系统模型图
4.1.3 输出功率追踪控制模型的建立
输出功率控制模型采用PI控制技术来设计，输入量为参考转速n，参考功率，与
参考转速的关系如下式：
功率。因为式(4.1)中的叶尖速比为最佳叶尖速比，亦可知此参考功率即为最佳输出
功率。然后通过PI控制、滤波来调节，输出量为参考功率和实际功率，可以观察功率的
追踪效果。输出功率控制器仿真模型如图所示。
目录 第一章设计背景及设计意义 (2) 第二章系统方案设计 (3) 第三章硬件 (5) 3.1 温度检测和变送器 (5) 3.2 温度控制电路 (6) 3.3 A/D转换电路 (7) 3.4 报警电路 (8) 3.5 看门狗电路 (8) 3.6 显示电路 (10) 3.7 电源电路 (12) 第四章软件设计 (14) 4.1软件实现方法 (14) 4.2总体程序流程图 (15) 4.3程序清单 (19) 第五章设计感想 (29) 第六章参考文献 (30) 第七章附录 (31) 7.1硬件清单 (31) 7.2硬件布线图 (31)
第一章设计背景及研究意义 机械制造行业中，用于金属热处理的加热炉，需要消耗大量的电能，而且温度控制是纯滞后的一阶惯性环节。现有企业多采用常规仪表加接触器的断续控制，随着科技进步和生产的发展，这类设备对温度的控制要求越来越高，除控温精度外，对温度上升速度及下降速度也提出了可控要求，显而易见常规控制难于满足这些工艺要求。随着微电子技术及电力电子技术的发展，采用功能强、体积小、价格低的智能化温度控制装置控制加热炉已成为现实。 自动控制系统在各个领域尤其是工业领域中有着及其广泛的应用，温度控制是控制系统中最为常见的控制类型之一。随着单片机技术的飞速发展，通过单片机对被控对象进行控制日益成为今后自动控制领域的一个重要发展方向。在现代化的工业生产中，电流、电压、温度、压力、流量、流速和开关量都是常用的主要被控参数。例如：在冶金工业、化工生产、电力工程、造纸行业、机械制造和食品加工等诸多领域中，人们都需要对各类加热炉、热处理炉、反应炉和锅炉中的温度进行检测和控制。对工件的处理温度要求严格控制，计算机温度控制系统使温度控制指标得到了大幅度提高。采用MCS-51单片机来对温度进行控制，不仅具有控制方便、组态简单和灵活性大等优点，而且可以大幅度提高被控温度的技术指标，从而能够大大提高产品的质量和数量。因此，单片机对温度的控制问题是一个工业生产中经常会遇到的问题。 ，
电气控制课程设计 题目
实验指导书 《电气控制与仪表课程设计》 课程设计 学院: 学号: 专业( 方向) 年级: 学生姓名: 福建农林大学机电工程学院电气工程系 9 月 1 日 第一节概述 要能够胜任电气控制系统的设计工作, 按要求完成好设计任务,
仅仅掌握电气设计的基础知识是不够的, 必须经过重复的实践, 深入生产现场, 不断积累经验。课程设计正是为这一目的而安排的一个实践性教学环节, 它是一项初步的工程训练。经过集中1~2周时间的设计工作, 了解一般电气控制系统的设计要求、设计内容和设计方法。课程设计题目不要太大, 尽可能取自生产中实用的电气控制装置。 本指导书主要讨论课程设计应达到的目的、要求、设计内容、深度及完成的工作量。并经过实例介绍, 进一步说明课程设计的设计步骤。 本指导书还收集了较多的设计参考题, 可作为课程设计练习题, 直接供设计者自由选取。命题结合生产需要, 具有真实感。设计中应严格要求, 力求做到图纸资料规范化。 电气设计包含原理设计与工艺设计两个方面, 不能忽视任何一面, 在高等工科应用型人才培养中特别要重视工艺设计。由于初次从事设计工作, 工艺要求不能过高, 不能面面俱到。设计工作量、说明书等要求与毕业设计应有较大的区别, 电气控制课程设计属于练习性质, 不强调设计结果直接用于生产, 个人的工艺设计, 只要求完成其中的一部份内容。 课程设计原则上应做到一人一题和自由选题。在几个人共选一个课题的情况下, 各人的设计要求及工艺设计内容, 绘图种类, 应有所区别。要强调独立完成, 以学生自身的独立工作为主, 教师指导帮助为辅。在设计工程中, 适当组织针对性参观, 并配以多种形式
建筑电气照明设计论文光源应用论文 摘要：为了保证社会的发展要求，推动经济的可持续发展，在建筑电气照明的设计原则与光源应用方面，必须严格按照国家规定的照明要求，依据照明的实际需要，保证人们的正常生产和生活，来选择最符合的灯具，以实现节约能耗，实现人、自然、社会和谐发展的要求。 关键词：建筑电气照明；设计原则；光源应用 近些年来，能源的有效利用受到了社会各界的广泛关注，所以，我国不断加强环保宣传，以此来提升能源的利用率，实现经济平稳、持续的发展。在建筑施工过程中，怎样提高电能的利用效率，成为了电气设计人员的重要任务。本文就对电气照明的设计原则与光源应用探讨进行了深入的分析，希望能够给人们在选取灯具和节约电能方面带来一定的帮助，仅供参考。 1 建筑电气照明设计要遵循的原则 在建筑施工过程中，空调、水泵是耗费电能比较大的设备，用电量超过20%.所以，在电气照明设计中，是建筑人员的重点对象，以此来缓解供不应求的情况。 1.1 经济实用性原则 在建筑电气照明设计上，第一纳入考虑范围的就是其经济实用性，并以此为基础，来选取电气照明的规格和数量等，避免出现浪费电能的现象。同时，建筑施工人员还要严格监控施工环境和施工技术，确保电气设备的最佳配置，最终达到节能的目的。 1.2 绿色环保性原则 当今，能源问题已经成为社会的重大问题，建筑电气照明设计必须响应国家号召，实行绿色环保性原则，以此来保证社会的可持续发展。在保证人们正常照明的情况下，要严格控制电量的使用，合理使用电气设备，提升用电过程的安全性，进而为人们的健康生活，城市的发展提供强大的支撑力。 2 建筑电气照明节能设计中光源的应用策略 2.1 合理选择照明设计方案 在选择照明方案的时候，要充分考虑是否和房屋建筑契合，避免过分夸张现象的出现，以此来节约电能。依据房屋建筑的构造和主要用途，来选择照明的方式，以此来达到节能的效果；在对照明要求有着高要求的地方，可以配置两种或两种以上的混合照明方式，既能提升亮度，又能起到调控光色的目的；在装修环节上，要考虑墙面或地面的颜色，尽量采用浅色系材料，充分的利用光源；此外，还要严格监测房屋的用电情况，并选取最恰当的照明设计，避免采用依靠降低亮度的方法来节约能耗，以确保人们的正常用电和生活。从我国规定的房屋建筑照明设计要求上就可以了解到，电气照明的参考数值只有一个，建筑施工人员在工作中，一定要严格按照施工要求去操作，以免浪费电。因此，在如何选取照明方式的问题上，可以参照如下：普通场合采用一般的照明即可，施工面积小的场合可以考虑混合照明的方法，并根据作业的实际需求利用局部照明的方法，保证工程的顺利开展。同时，提高天然光源的利用率，选择科学、合理的安装设计，能够防止出现光污染的现象。 2.2 选择高光效的的光源和高效节能的灯具
目录 一、系统设计方案的研究 (2) （一）系统的控制特点与性能要求 (2) 1.系统控制结构组成 (2) 2.系统的性能特点 (3) 3.系统的设计原理 (3) 二、系统的结构设计 (4) （一）电源电路的设计 (4) （二）相对湿度电路的设计 (6) 1.相对湿度检测电路的原理及结构图 (6) 3.对数放大器及相对湿度校正电路 (7) 3.断点放大器 (8) 4.温度补偿电路 (8) 5.相对湿度检测电路的调试 (9) （三）转换模块的设计 (9) 1.模数转换器接受 (9) 2.A/D转换器ICL7135 (9) （四）处理器模块的设计 (11) 1.单片机AT89C51简介及应用 (11) 2.单片机与ICL7135接口 (14) 3.处理器的功能 (15) 4.CPU 监控电路 (15) （五）湿度的调节模块设计 (15) 1.湿度调节的原理 (15) 2.湿度调节的结构框图 (16) 3.湿度调节硬件结构图 (16) 4.湿度调节原理实现 (16) （六）显示模块设计 (17) 1.LED显示器的介绍 (17) 2.单片机与LED接口 (17) （七）按键模块的设计 (18) 1.键盘接口工作原理 (18) 2.单片机与键盘接口 (19) 3.按键产生抖动原因及解决方案 (19) 4.窜键的处理 (19) 三、软件的设计及实现 (19) （一）程序设计及其流程图 (20) （二）程序流程图说明 (21) 四、致谢 (22) 参考文献： (22)
智能温度控制系统设计 摘要: 此系统采用了精密的检测电路（包刮精密对称方波发生器、对数放大及半波整流、温度补偿及温度自动校正及滤波电路等几部分电路组成），能够自动、准确检测环境空气的相对湿度,并将检测数据通过A/D转换后，送到处理器（AT89C51）中，然后通过软件的编程，将当前环境的相对湿度值转换为十进制数字后，再通过数码管来显示；而且，通过软件编程，再加上相应的控制电路（光电耦合及继电器等部分电路组成），设计出可以自动的调节当前环境的相对湿度：当室内空气湿度过高时，控制系统自动启动抽风机，减少室内空气中的水蒸气，以达到降低空气湿度的目的；当室内空气湿度过低时，控制系统自动启动蒸汽机，增加空气的水蒸气，以达到增加湿度的目的，使空气湿度保持在理想的状态；键盘设置及调整湿度的初始值，另外在设计个过程当中，考虑了处理器抗干扰，加入了单片机监视电路。 关键词： 湿度检测; 对数放大; 湿度调节; 温度补偿 一、系统设计方案的研究 （一）系统的控制特点与性能要求 1.系统控制结构组成 （1）湿度检测电路。用于检测空气的湿度[9]。 （2）微控制器。采用ATMEL公司的89C51单片机，作为主控制器。 （3）电源温压电路。用于对输入的200V交流电压进行变压、整流。 （4）键盘输入电路。用于设定初始值等。 （5）LED显示电路。用于显示湿度[10]。 （6）功率驱动电路（湿度调节电路）
题目基于单片机的温度控制系统 英文题目Temperature control system based on single chip 学生姓名： 学号： 专业： 指导老师: 职称 系别：机械与电子工程系 2012年5月1日
摘要 温度是日常生活中无时不在的物理量，温度的控制在各个领域都有积极的意义。很多行业中都有大量的用电加热设备，如用于热处理的加热炉，用于融化金属的坩锅电阻炉及各种不同用途的温度箱等，采用单片机对它们进行控制不仅具有控制方便、简单、灵活性大等特点，而且还可以大幅度提高被控温度的技术指标，从而能够大大提高产品的质量。因此，智能化温度控制技术正被广泛地采用。 本温度设计采用现在流行的AT89S51单片机，配以DS18B20数字温度传感器，该温度传感器可自行设置温度上下限。单片机将检测到的温度信号与输入的温度上、下限进行比较，由此作出判断是否启动继电器以开启设备。 本设计还加入了常用的数码管显示及状态灯显示灯常用电路，使得整个设计更加完整，更加灵活。 关键字：单片机温度控制继电器
ABSTRACT The temperature is constantly in the daily life of physical and temperature controls in various fields have a positive meaning. A lot of businesses have a lot of power heating equipment, such as that used for the heat treatment furnace, for melting metal crucible resistance heaters and the various uses of temperature bins, SCM using their right to control not only easy to control, simple, such as the characteristics of flexibility, but can also significantly increase the temperature was charged with the technical indicators, which can greatly enhance the quality of the products. Therefore, intelligent temperature control technology is being widely adopted. The temperature was designed with the now popular AT89S51 SCM, and with DS18B20 digital temperature sensor, The temperature sensor can set up their own temperature collars. SCM will detect that the temperature of the input signal and temperature, the lower comparisons this judgment whether to activate the relay to open the equipment. The design also includes commonly used digital display and control state lights commonly used circuit, making the whole design more complete, more flexible. Key words:Single chip microcomputer Temperature control SSR
电气专业的一些毕业设计题目 电子类： 1、红外遥控照明灯(电路+程序+论文) 2、基于单片机的多功能智能小车设计论文(电路+程序+论文) 3、基于数字信号处理器(DSP)的异步电机直接转矩控制研究（硕士）（论文＋上位机下位机软件＋程序） 4、简单温度控制系统（仅论文） 5、漏电保护器(电路+程序+论文) 6、模糊神经网络控制（硕士）（仅PDF论文） 7、气体泄漏超声检测系统的设计(电路+程序+论文) 8、数字气压计(电路+程序+论文) 9、数字逻辑电子仿真器设计(程序+论文) 10、数字万用表(电路+程序+论文) 11、环境量温度适度采集(电路+程序+论文) 12、真有效值的测量仪(程序+论文) 13、正弦信号发生器(以SPCE061A单片机为核心)(电路+程序+论文) 14、直接数字频率合成器(电路+程序+论文) 15、智能交通信号控制系统（仅PDF论文） 16、自动化专业的运动控制论文（仅论文） 17、作息时间控制器(电路+程序+论文) 18、基于ARM的控制平台（仅PDF论文） 19、DS1820 单总线数字温度计(JPG格式电路+程序+论文) 20、DSP数据采集处理（硕士） 21、Mpeg4-AAC音频解码器的实时软件实现 22、MPEG-4 编码算法的研究及基于DM642 的优化实现（仅PDF论文） 23、USB接口设计（仅PDF论文） 24、基于USB总线的高速数据采集系统设计(JPG格式电路+程序+论文) 25、电动车翘翘板行走控制 26、车载数字音频接口设计 27、大功率电力电子装置在线诊断（NH） 28、带作息时间表的打铃系统(JPG格式电路+程序+论文) 29、单路电话计费器(程序+论文) 30、基于单片机的数字电压表 31、单片机作息时间控制器设计 32、多路点滴速度控制与显示装置设计 33、分布式电力故障录波系统设计 34、红外控制六足爬虫机器人设计 35、基于Intel 8051单片机的电话计费器的设计及其工作原理 36、基于485串行通信总线的电子抢答器系统 37、基于DSP的全数字电气传动控制板的研制（NH） 38、基于DSP的小型移动机器人控制系统（KDH） 39、基于DSP技术的运动控制卡的研制和开发（KDH）
龙源期刊网 https://www.doczj.com/doc/6418753270.html, 基于STM32的风力摆控制系统的设计 作者：黄一珀丁斌董杨潘嘉睿 来源：《中国新通信》2016年第22期 【摘要】该风力摆控制系统是由单片机控制核心、ADXL345 数字三轴重力加速度芯片、直流电机、电机驱动模块以及液晶显示模块几个部分构成的闭环系统。利用单片机产生不同占空比的PWM波给驱动模块让其产生正弦波驱动为电机提供工作电压，运用相位合成和占空比调节实现对风力摆的运动轨迹控制，通过实际数据试验出风力摆的控制规律，稳定的完成了风力摆的直线运动和曲线运动要求。 【关键词】正弦波角度传感器直流电机 一、设计方案及原理分析 本系统由机械结构、控制模块、电机驱动模块、摆杆角度测量模块、电机和电源等组成，下面分别论证一下几个模块的选择。 1.1机械结构的设计方案 风力摆控制系统是一个完整的测量控制系统，其中的机械结构则是这个测控系统的对象，对象的好坏在很大程度上会影响到后期控制算法的设计，对象制作的越稳定可靠，系统的性能就会越好。所以在制作这样一个精密控制系统的时候，前期的机械结构的制作是非常关键的一步，在制作的时候要尽量确保它的稳定性，例如选用合适的材料、采用尽量好的制作工艺等。该风力摆控制系统中，机械结构大概分成以下几部分，风机、摆杆、摆杆转轴、底座和激光笔。 1.2控制模块方案 采用STM32F103单片机作为主控芯片。STM32F103基于高性能、低成本、低功耗的嵌入式应用专门设计的ARM Cortex—M3内核，强大的定时、中断功能，方便对传感器模块和电机的控制，可以快速进行复杂的运算。同时具有大容量的RAM和ROM，可存储大容量的程 序。编程时可以直接调用库函数，提高编程效率。能够较为迅速的从传感器中采集数据进行处理，并快速反馈给电机进行下一步动作。 1.3电机驱动模块方案 采用L298N驱动。L298N是一种全桥驱动芯片，它响应频率高，一片L298N可以分别控制两个直流电机，而且还带有控制使能端。用该芯片作为电机驱动，操作方便，结合单片机可实现对电机速度的精确控制，调速特性优良、调整平滑、调速范围广、过载能力大，能承受频率的负载冲击，还可以实现频率的无级快速启动、制动和反转。
基于51单片机的水温自动控制系统 0 引言 在现代的各种工业生产中 ,很多地方都需要用到温度控制系统。而智能化的控制系统成为一种发展的趋势。本文所阐述的就是一种基于89C51单片机的温度控制系统。本温控系统可应用于温度范围30℃到96℃。 1 设计任务、要求和技术指标 1.1任务 设计并制作一水温自动控制系统，可以在一定范围（30℃到96℃）内自动调节温度，使水温保持在一定的范围（30℃到96℃）内。 1.2要求 （1）利用模拟温度传感器检测温度，要求检测电路尽可能简单。 （2）当液位低于某一值时，停止加热。 （3）用AD转换器把采集到的模拟温度值送入单片机。 （4）无竞争-冒险，无抖动。 1.3技术指标 （1）温度显示误差不超过1℃。 （2）温度显示范围为0℃—99℃。 （3）程序部分用PID算法实现温度自动控制。 （4）检测信号为电压信号。 2 方案分析与论证 2.1主控系统分析与论证 根据设计要求和所学的专业知识，采用AT89C51为本系统的核心控制器件。AT89C51是一种带4K字节闪存可编程可擦除只读存储器的低电压，高性能CMOS 8位微处理器。其引脚图如图1所示。 2.2显示系统分析与论证 显示模块主要用于显示时间，由于显示范围为0～99℃，因此可采用两个共阴的数码管作为显示元件。在显示驱动电路中拟订了两种设计方案： 方案一：采用静态显示的方案 采用三片移位寄存器74LS164作为显示电路，其优点在于占用主控系统的I/O口少，编程简单且静态显示的内容无闪烁，但电路消耗的电流较大。 方案二：采用动态显示的方案 由单片机的I/O口直接带数码管实现动态显示，占用资源少，动态控制节省了驱动芯片的成本，节省了电 ,但编程比较复杂，亮度不如静态的好。 由于对电路的功耗要求不大，因此就在尽量节省I/O口线的前提下选用方案一的静态显示。
摘要 ：本设计采用直接数字控制（DDC）对加热炉进行控制，使其温度稳定在在某一个值上。 并且具有键盘输入温度给定值，LED数码管显示温度值和温度达到极限时提醒操作人员注意的功能。 一．概述 温度是工业生产中常见的工艺参数之一，任何物理变化和化学反应过程都与温度密切相关，因此温度控制是生产自动化的重要任务。对于不同生产情况和工艺要求下的温度控制，所采用的加热方式，燃料，控制方案也有所不同。例如冶金、机械、食品、化工等各类工业生产中广泛使用的各种加热炉、热处理炉、反应炉等；燃料有煤气、天然气、油、电等；控制方案有直接数字控制（DDC），推断控制，预测控制，模糊控制（Fuzzy），专家控制(Expert Control)，鲁棒控制（Robust Control），推理控制等。 本设计的控制对象为一电加热炉，输入为加在电阻丝两断的电压，输出为电加热炉内的温度。输入和输出的传递函数为：G(s)=2/(s(s+1))。控温范围为100~500℃，所采用的控制方案为直接数字控制（DDC）中的最少拍控制。 二．温度控制系统的组成框图 采用典型的反馈式温度控制系统，组成部分见下图。其中数字控制器的功能由微型机算机实现。 三．温度控制系统结构图及总述 图中由4~20mA变送器，I/V，A/D转换器构成输入通道，用于采集炉内的温度信号。其中，变送器选用XTR101，它将热电偶信号（温度信号）变为4~20mA电流输出，再由高精密电流/电压变换器RCV420将4~20mA电流信号变为0~5V标准电压信号，以供A/D转换用。转换后的数字量与与炉温的给定值数字化后进行比较，即可得到实际炉温和给定炉温的偏差。炉温的设定值由键盘输入。由微型计算机构成的数字控制器按最小拍进行运算，计算出所需要的控制量。数字控制器的输出经标度变换后送给8253，由8253定时计数器转变8086 CPU 定时计数器SCR触发回路SCR主回路 电 加 热 炉 4~20mA变送器 I/V A/D 数字滤波
毕业论文任务书
摘要 主要对其进行供配电系统、照明系统、防雷接地，综合布线系统等弱电设计,总建筑面积7558.94平方米，为学校标志性建筑。按照建筑设计要求，所有教室均按多媒体教室设计。 该工程首先对供配电系统进行设计，在供电系统中涉及到建筑供配电的负荷分级和智能建筑对供电的要求以及如何减少电能损耗。在低压配电系统设计中主要考虑配电系统的原则，配电系统配电方式以及配电设计的质量。最后利用需用系数法对系统的负荷进行计算。 照明系统的设计是在照度要素和要求的基础上，满足照度均匀度，亮度均匀度，眩光的限制与利用，颜色对比，阴影的处理，照度的稳定性等的要求，利用单位容量法对光源和灯具
进行选择和布置。然后根据各回路的计算电流来选择使用的开关，插座，导线，断路器等器件。 弱电部分的设计主要是消防和综合布线系统的设计，综合布线是采取标准化的统一材料、统一设计、统一布线、统一安装施工做到结构清晰，使用方便，便于集中管理和维护。 关键词：供配电系统 , 照明系统, 弱电系统 , 建筑物防雷系统，弱电系统 外文翻译 Electrical design of integrated building Its main power supply and distribution systems, lighting systems, and other strong electrical socket system design , such as weak cabling systems designed to meet all the requirements of a modern intelligent building . The project first power supply and distribution system design, supply and distribution of construction related to the classification and intelligent building load power requirements of the power supply system and the design of low-voltage distribution system mainly consider the distribution system , distribution methods and the quality of the distribution system distribution design. Finally, the required system load factor method of calculation . The design of the lighting system is based on the requirements of the illumination elements and meet the illumination uniformity , brightness uniformity, requires the use of restrictions and glare , color contrast , processing, stability of the shadow of illumination , the method of using the
2015 全国大学生电子设计竞赛 风力摆控制系统（B题） 【本科组】 2015年8月15日
摘要：本设计是基于STM32F103VE单片机为核心的简易风力摆控制系统，该系统由电源供电模块，直流风机及驱动模块、角度检测模块、信息处理模块、继电器及驱动模块、蜂鸣指示模块和液晶显示模块构成。STM32F103VE通过改变PWM占空比来实现对直流风机速度及方向的控制，该风力摆控制系统能够实现题目要求，简单做直线运动、复杂做圆周运动。 关键字：风力摆角度传感器单片机自动控制系统 一．方案论证： 1.系统结构 1）机械结构如图1所示。 一长约67cm的吸管上端用万向节固定在支架上，下方悬挂4只直流风机，中间安装陀螺仪，构成一风力摆。风力摆下安装一向下的激光笔，静止时，激光笔下端距离地面18cm。 图 1 2）测控电路结构 测控电路结构如图2所示。 编码器按键
图2 2.方案比较与选择 其实整体电路架构上图已经给定，主要是几个关键部分————直流风机选型及架构、直流风机驱动电路、传感器、主控芯片选择，我们分析如下： 1）直流风机的选型 方案一：采样大电流成品直流风机，虽然风力够大，但驱动多个风机所需电流过大，单个电源难以满足要求，而且比较重，多个电机使得惯性过大难以控制。鉴于以上两点，弃用。 方案二：采用小型高速电机加螺旋桨自制直流风机，风力大，体积小，质量轻，而且性价比高。 风力摆控制系统风机质量轻，减小惯性，容易起摆；风力大，风速控制范围大，摆动角度大；体积小，减少外部的干扰；鉴于以上几点，本设计采用方案二。 STM32微处理器 角度传感器 直流风机 电机驱动电路 风机供电 OLED 液晶显示 蜂鸣器
目录 引言 (1) 1 系统的相关介绍 (2) 1.1 系统的目的及意义 (2) 1.2 设计要求 (2) 1.3 系统传感器DS18B20的介绍 (2) 1.3.1 DS18B20的主要特性 (2) 1.3.2 DS18B20的外形和部结构 (3) 2 系统分析设计 (4) 2.1 温度控制系统结构图及总述 (4) 2.2 系统显示界面方案 (4) 2.3 系统输入方案 (5) 2.4系统的功能 (5) 3 相关软件编译知识介绍 (5) 3.1 C语言简介 (5) 3.1.1 C语言的优点 (5) 3.1.2 C语言缺点 (6) 3.2 Keil简介 (6) 3.2.1 系统概述 (6) 3.2.2 Keil C51单片机软件开发系统的整体结构 (7) 4系统流程图设计 (7) 4.1主程序流程图 (7) 4.2 DS18B20控制程序流程图 (8) 4.2.1 DS18B20 复位程序流程图 (9) 4.2.2 DS18B20写数据程序流程图 (9) 4.2.3 DS18B20读数据程序流程图 (10) 4.3 温度读取及转换程序流程图 (12) 4.4 MAX7219驱动程序流程图 (13) 4.4.1 MAX7219写入一个字节数据程序流程图 (13) 4.4.2 MAX7219写入一个字数据程序流程图 (15) 4.5 数码管温度显示程序流程图 (16) 4.6 按键中断服务程序流程图 (17) 5 电路仿真 (19) 5.1 PROTEUS软件介绍 (19) 5.2 温度控制系统PROTEUS仿真 (19) 6总结 (20) 7参考文献 (21) 附录1 源程序代码 (22)
组合机床电气控制课程设计专业：机械设计制造及其自动化 班级： 学号： 姓名： 指导老师： 湖南工业大学 2011年6月11日
目录 1绪论 (3) 2设计方案 (4) 2.1 左、右两动力头进给电机 (4) 2.2电动机控制电路 (5) 2.3液压泵电动机 (5) 2.4液压动力滑台控制 (6) 2.5主电路及照明电路 (7) 2.6保护与调整环节 (8) 2.7继电器电气原理简图 (10) 4 I/O分配表 (12) 5组合机床电气控制电路图 (14) 6课程设计的具体内容 (15) 6.1单循环自动工作 (15) 6.1.1单循环自动工作循环图 (15) 6.1.3单循环自动工作梯形图 (16) 6.2左铣单循环工作 (18) 6.2.1左铣单循环功能表 (18) 6.2.2左铣单循环梯形图 (19) 6.3右铣单循环工作 (21) 6.3.1右铣单循环梯形图 (21) 6.4公用程序 (23) 6.5回原位程序 (23) 6.6手动程序 (24) 6.7 PLC梯形图总体结构图 (24) 6.8面板设计 (25) 7系统调试 (26) 8设计心得 (27) 9参考文献 (28)
1绪论 对于机械—电气结合控制的组合机床，电气控制系统起着重要的神经中枢作用。传统的组合机床采用的继电器—接触器控制系统，接线复杂、故障率高、调试和维护困难。 随着PLC控制技术日益成熟并得到越来越广泛的应用，利用原有的继电器—接触器控制电路设计PLC控制系统，或直接进行PLC控制系统的设计，都能很好地满足组合机床自动化控制的要求。本次设计的要求如下： 组合机床结构示意图 组合机床工作循环图 组合机床采用两个动力头从两个侧面分别加工，左、右动力头的电动机均为2.2kw，
课程设计任务书1 一、设计题目 某教学用楼电气照明系统设计。 二、设计资料 1.基本概况 本工程是一栋高六层的教学用建筑,其建筑类别为三类建筑.结构形式为底框结构,基础为桩基础,所有楼板均为现浇。设计内容为电气照明系统。 1）建筑为6层教学楼。 2）每层层高3.5米。 3）室内外高差0.3米。 2.参考资料 1）民用建筑电气设计规范及条文解释 2）2009全国民用建筑工程设计技术措施电气 3）建筑电气设计手册 4）国家标准电气制图电气图形符号应用示例图册 5）有关产品样本 6）建筑电气施工验收规范 7）供配电系统设计规范 8）低压配电系统设计规范 三、设计任务 1、计算书 内容包括：照度计算、负荷计算、线缆及保护管的选择、配电箱的选择。 2、图纸 1）设计说明、图例、图纸目录 2）标准层照明平面图（1：100）和标准层插座平面图（1：100） 3）非标准层照明平面图（1：100）和非标准层插座平面图（1：100） 4）供电干线平面图（1：100） 5）供电干线系统图（1：100） 6）照明配电箱系统图 3、课程设计说明书
四、设计步骤 1．熟悉资料、设计规范。对已给资料进行整理。根据建筑物的特点，确定供电等级：根据建筑平面图，拟定各户配电箱具体位置；根据外线情况确定进户总箱位置；并 在平面图上绘出。 2．绘制照明平面图（包括楼梯间设照明） 根据建筑平面图针对不同的使用功能,按照电气照明设计规范进行照度设计.以满足使用对照度及功能要求. （1）根据房间的用途确定灯具的种类、型号及安装高度。 （2）查出各房间的照度标准，进行照度计算。 （3）根据计算结果绘出照明平面布置图。 （4）绘出线缆（单线图）。 3．根据房间的用途确定插座的种类、型号及安装高度. （1）绘出插座平面布置图。 （2）绘出线缆（单线图）。 4. 绘出各层供电系统图。 5. 负荷计算 （1）计算各支线负荷，选择支线线缆（型号、规格）及敷设方式并标注在平面图上，选择支线开关（型号、规格）并标注在系统图上。 （2）计算每层的负荷，选择每层的线缆（型号、规格）及敷设方式并标注在平面图上，选择开关（型号、规格）并标注在系统图上。 （3）计算整座楼的负荷，选择进户线缆（型号、规格）及敷设方式并标注在供电干线平面图上，选择总开关（型号、规格）并标注在系统图上。 6．整理图纸并写出设计说明、图例及图纸目录。 （1）说明书 内容包括：建筑用途、设计依据、负荷等级及电源进户方式、配线、配电箱及等电位联结。 （2）图例 内容包括：符号、名称、规格型号、容量、安装高度、方式及场所。 （3）图纸目录 内容包括：图别、名称、 8.整理计算书 内容包括：照度计算、负荷计算、线缆、开关及配电箱的选择。 9.设计注意
风力摆控制系统 摘要：本系统采用STM32F103ZET6单片机作为控制核心，通过对置于风力摆上的MPU9150陀螺仪采集的角度进行处理得到角度与风力摆位置的关系，再通过驱动输出PWM波控制轴流风机，使风力摆到达指定的位置，做规定的圆周运动。本系统通过PID调试，测试表明，各项功能已达到或超过本题目要求。 关键词：MPU9150；PID；轴流风机
1.系统方案 本系统主要由主控制器，陀螺仪，电机驱动模块，轴流风机，激光笔组成，下面分别对这几个模块进行选择与论证。 1.1陀螺仪的选择 方案一：MPU6050。 9轴运动处理传感器，它集成了3轴MEMS陀螺仪，3轴MEMS 加速度计，以及一个可扩展的数字数字运动处理器DMP，可用I2C接口连接一个第三方的数字传感器，比如磁力计。MPU-6050对陀螺仪和加速度计分别用了三个16位的ADC，将其测量的模拟量转化为可输出的数字量。一个片上1024字节的FIFO，有助于降低系统功耗。但零飘较严重。 方案二：角度传感器。当连结到RCX上时，轴每转过1/16圈，角度传感器就会计数一次。往一个方向转动时，计数增加，转动方向改变时，计数减少。计数与角度传感器的初始位置有关。当初始化角度传感器时，它的计数值被设置为0。角度传感器一般测静态的角度，倾角用加速度计。明显在本系统中角度传感器不如陀螺仪方便使用。 方案三：MPU9150。MPU-9150 是采用系统级封装 (SiP)，集合了两个芯片：MPU-6050 和 3 轴数字罗盘 AK8975，其中 MPU-6050 包含 3 轴陀螺仪、3 轴加速计以及能够处理复杂 9 轴 MotionFusion 算法的板载Digital Motion Processor? (DMP?) 。这款元件集成 9 轴 MotionFusion 算法，能够访问所有内部传感器，以收集全套传感器数据。MPU9150测转角的速度的，可以积分得到转的角度，动态性能好，静态差，零飘基本无，很适合本系统。 综合考虑后决定采用方案三。 1.2轴流风机的选择 方案一：四线可测速、包含温控PWM调速轴流风机。此种轴流风机一般重量较大，启动时间长，虽然风量大但明显不适合本系统的实时检测调整的思路。 方案二：三线可测速轴流风机。此种轴流风机重量较轻，启动时间短，直接接驱动即可对其进行控速，风量也很大，比较符合题目各项要求的时间限制。 综合考虑后决定采用方案二。
第一章绪论 1.1选题背景及意义 加热炉是利用电能来产生蒸汽或热水的装置。因为其效率高、无污染、自动化程度高，稳定性好的优点，冶金、机械、化工等各类工业生产过程中广泛使用电加热炉对温度进行控制。而传统的加热炉普遍采用继电器控制。由于继电器控制系统中，线路庞杂，故障查找和排除都相对困难，而且花费大量时间，影响工业生产。随着计算机技术的发展，传统继电器控制系统势必被PLC所取代。二十世纪七十年代后期，伴随着微电子技术和计算机技术的快速发展，也使得PLC 具有了计算机的功能，成为了一种以电子计算机为核心的工业控制装置，在温度控制领域可以让控制系统变得更高效，稳定且维护方便。 在过去的几十年里至今，PID控制已在工业控制中得到了广泛的应用。在工业自动化的三大支柱（PLC、工业机器人、CAD/CAM）中位居第一。由于其原理简单、使用方便、适应能力强，在工业过程控制中95%甚至以上的控制回路都采用了PID结构。虽然后来也出现了很多不同新的算法，但PID仍旧是最普遍的规律。 1.2国内外研究现状及发展趋势 一些先进国家在二十世纪七十年代后期到八十年代初期就开始研发电热锅炉，中国到八十年代中期才开始起步，对电加热炉的生产过程进行计算机控制的研究。直到九十年代中期，不少企业才开始应用计算机控制的连续加热炉，可以说发展缓慢，而且对于国内的温度控制器，总体发展水平仍不高，不少企业还相当落后。与欧美、日本，德国等先进国家相比，其差距较大。目前我国的产品主要以“点位”控制和常规PID为主，只能处理一些简单的温度控制。对于一些过程复杂的，时变温度系统的场合往往束手无策。而相对于一些技术领先的国家，他们生产出了一批能够适应于大惯性、大滞后、过程复杂，参数时变的温度控制系统。并且普遍采用自适应控制、模糊控制及计算机技术。 近年来，伴随着科学技术的不断快速发展，计算机技术的进步和检测设备及
电气控制课程设计PLC课程设计
电气控制课程设 计 说明书 学院机械工程学院 年级08级专业机械工程及自动化（机电工程）
目录 第一篇PLC模拟-----------------------------------------------------------------------------------------1任务一：PLC控制自动门仿真实验-----------------------------------------------------------------------------1 1.任务说明-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------1 2.主电路图-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------4 3.PLC接线图----------------------------------------------------------------------------------------------------------------4 4.输入输出列表----------------------------------------------------------------------------------------------------------5 5.流程图-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------5 6.梯形图
教学楼各系统电气设计毕业论文 目录 第一章绪论 (1) 1.1 建筑电气概况 (1) 1.2 设计原则 (1) 1.3 设计容 (1) 第二章配电系统设计 (3) 2.1 负荷等级及供电求 (3) 2.2 负荷计算 (4) 2.3 导线选择 (5) 2.4 配电方式 (5) 第三章照明系统设计 (6) 3.1 总则 (6) 3.2 照明光源选择 (6) 3.3 照明灯具选择 (6) 3.4 照度和照明方式的选择 (6) 3.5 一般照明 (7) 3.6 应急照明 (7) 3.7 照度计算 (8)
第四章照明系统设计 4.1开关的设计及要求 (10) 4.2 插座的设计及要求 (10) 第五章防雷接地系统设计 (12) 5.1 建筑物的防雷措施 (12) 5.2 本建筑物防雷接地系统设计结果 (12) 第六章弱电系统设计 (13) 6.1 有线电视系统设计 (13) 6.2 网络系统 (13) 结论 (14) 参考文献 (15) 外文翻译 (16) 谢辞 (17) 附录：图纸 前言 随着社会经济的发展，科技的进步，现代办公建筑的用电设备种类越来越多，如电力、照明、电梯、空调、消防、通信、计算机等，而且不断向智能化设备方面发展，所以对其的电气设计可以说是非常关键的环节，它直接决定了综公楼的使用效率，和办公能力。
本论文主要阐述了教学楼各系统电气设计的设计依据、原理和方法及设计选择的结论。本论文共包括五章的容，前四包括强电部分设计，第五章为弱电部分设计。 强电部分主要容包括：低压配电系统、照明系统及防雷接地系统的设计，其中包括负荷计算、照度计算等。 弱电部分主要容包括：网络布线系统设计、电气消防系统设计、广播系统设计。 教学楼楼电气设计为毕业设计，其目的是通过设计实践，综合运用所学知识，理论联系实际，锻炼独立分析和解决电气设计问题的能力，为未来的工作奠定坚实的基础。 第一章绪论 1.1 建筑电气概况 现代民用建筑电气技术是以电能、电子、电气设备及电气技术为手段来创造、维持和改善人民居住和工作的生活环境的电、光、声、冷和暖环境的一门跨学科的综合性技术科学。他是强电和弱点与具体建筑的有机结合。 随着科学技术的发展和人民生活水平的不断提高，人们对有关供配电、照明、消防、防雷接地、通信、消防综合不想等系统的要求越来越高，使得建筑走向高品质、多功能领域，并进一步向多功能的纵深方向和综合应用方向发展。 建筑电气设计是在认真执行国家技术经济政策和有关国家标准
学号：XX 2010 - 2011学年第1 学期 专业综合设计报告 题目：智能温度控制系统 专业：通信工程 班级：07通信工程 姓名：V5领袖 指导教师：王忠良 成绩： 电气工程系 2010年10月23日
课程设计任务书 学生班级：07通信工程学生姓名：张跃学号：0709131065 设计名称：智能温度控制系统 起止日期：2010.10.17-2010.10.23指导教师：王忠良
题目：温度控制系统 摘要： 本设计以AT89S51单片机为核心的温度控制系统的工作原理和设计方法。温度信号由温度芯片DS18B20采集，并以数字信号的方式传送给单片机。文中介绍了该控制系统的硬件部分，包括：温度检测电路、温度控制电路、PC机与单片机串口通讯电路和一些接口电路。单片机通过对信号进行相应处理，从而实现温度控制的目的。文中还着重介绍了软件设计部分，在这里采用模块化结构，主要模块有：数码管显示程序、键盘扫描及按键处理程序、温度信号处理程序、继电器控制程序、超温报警程序。
目录 1引言--------------------------------------------------------------------------------------------1 2 工作原理--------------------------------------------------------------------------------------1 3 方案设计与论证-----------------------------------------------------------------------------2 3.1 主控制部分---------------------------------------------------------------------------------2 3.2 测量部分--------------------------------------------------------------------------------------3 4 各单元的设计---------------------------------------------------------------------------------8 4.1 键盘单元---------------------------------------------------------------------------------------8 4.2 温度控制及超温和超温警报单元-------------------------------------------------------10 4.3 温度控制器件电路-------------------------------------------------11 4.4 温度测试单元-------------------------------------------------------------------------------11 4.5七段数码管显示单元-----------------------------------------------11 4.6 接口通讯单元-----------------------------------------------------13 5 电源输入单元-----------------------------------------------------15 6 程序设计---------------------------------------------------------16 6.1 概述------------------------------------------------------------16 6.2 程序结构分析-----------------------------------------------------17 7. 测设分析---------------------------------------------------------18 结论------------------------------------------------------------------------------------------------19参考文献-------------------------------------------------------------------------------------------20附录使用说明-----------------------------------------------------------------------------------21 8.评语表-------------------------------------------------------------21