电赛控制类风力摆论文文件管理序列号：[K8UY-K9IO69-O6M243-OL889-F88688]
2015年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
本设计由MC9S12XS128MAL单片机控制模块、角度检测模块、人机交互系统以及风力摆机械结构组成的闭环控制系统。由BTN7971驱动12V、1.2A 的直流风机作为风力摆的动力源，MMA7361采集风力状态角，单片机处理状态角数据后通过PID调节直流风机控制风力摆，实现在直流风机作为动力控制下快速起摆、画线、恢复静止，画圆的功能。为了使测控系统控制更为精确，在采集数据的过程中采用了非线性误差校正以及卡尔曼滤波等数据处理方法。同时设计中考虑到可能存在的各种干扰因素，采用软硬件结合的抗干扰方法提高系统控制的稳定性。经过反复的测验，该方案完全能够实现题目要求！
关键字：单片机闭环风力摆控制系统卡尔曼滤波
目录
方案论证与比较
系统主控芯片选择
方案一：采用AT89C51系列单片机作为控制的核心。51单片机价格便宜，应用广泛，I/O口的设置和使用操作简单。但是51单片机的运行速度过慢，抗静电抗干扰能力弱，内部资源和存储器功能较少，而且无ADC，还需要用外接电路实现AD转换，使硬件电路变得复杂。另外，51单片机完成系统功能较为困难。
方案二：采用MC9S12XS128MAL作为控制核心
MC9S12XS128MAL是Freescale公司生产的16位单片机，储存功能强大，具有丰富的输入/输出端口资源，具有多种寄存器功能，而且端口引脚大多为复用口，具有多功能，所有端口都具有通用I/O口功能。内部本身自带PWM、A/D转换功能，可以直接用，省去了单独做PWM模块和
A/D转换模块，节省大量时间。完全能够实现本系统的所有功能。
综合考虑，本系统选择方案二
风力摆动力系统方案选择
根据题目要求，用2~4只直流风机，共有一下三种方案选择！
方案一：采用两只风机作为系统动力系统。两只风机并排同向而立，分别固定摆杆两侧，通过控制两个风机转速产生不同风力控装置摆动是激光笔划线画圆。此方案遂犯负载亲，但是在很难控制风力摆的状态修正和制动。
方案二：采用三只风机作为动力系统。三只风机成等边三角形相背而立，互成120度夹角（外角）。此方案相对于方案一在控制风力摆转动过程中状态修正方面有提升，而且对于画圆有一定优势，但是不好掌握相邻风机的推力，在控制系统运动方向难度很大。
方案三：采用四只直流风机作为动力系统。四只风机两两背靠背而立，中间用碳纤维棒将四只风机固定成十字架形状。
综合上述比较分析，考虑到系统的快速工作以及精确控制，本系统采用方案三。
角度检测方案的选择与论证
方案一：角位移电位器。角位移电位器属于二位平面内角位移传感器测量摆动时关于静止状态时的偏转角，通过该偏转角控制流风机的状态。但是角位移电位器只能检测出二维平面内的角度变化，不利于检测风力摆的空间位置。
方案二：选用三轴加速度传感器。三周加速度传感器具有体积小和重量轻的特点，可以测得空间加速度，能够全面准确反映物体的运动的空间位置。此方案课精确测量风力摆的当前状态，实现对风力摆的精确控制。
综合考虑，本系统选择方案二。
电机驱动模块的选择与论证
方案一：使用L298芯片实现电机驱动。L298N内部包含4通道逻辑驱动电路，及内部含两个H桥的双全桥驱动器，接受TTL逻辑电平信号
通过PWM实现直流风机调速。但是L298驱动大功率电机时发热严重易烧毁芯片。
方案二：使用英飞凌的BTN7971驱动芯片。BTN7971是大功率集成半桥驱动芯片，在单一封装中集成了PMOS和NMOS高低侧功率开关以及门驱动器，还集成了逻辑控制电路和一些保护检测功能，能够防止过热、过压、欠压、过流和短路。
综合考虑，本系统选择方案二。
算法选择
算法有很多种，它的选择很重要，它决定处理系统的性能质量和可行性。
方案一：自适应算法。自适应过程是一个不断逼近目标的过程。单片机读取传感器采集来的风力摆空间位置来控制风力摆的运动，但是由于该系统变化太快，自适应算法调节方式难以达到系统要求。
方案二：PID算法。在过程控制中，按比例、积分和微分的函数关系，对系统模型进行运算分析，将其运算结果用以输出控制。控制精度高，且算法简单明了。
系统设计
系统总体设计
根据上述方案论证，我们最终确定了以MC9S12XS128MAL单片机作为中央处理器，采用型号为MMA7361的模拟加速度陀螺仪检测风力摆的空
间位置，使用BTN7971芯片驱动4个大功率直流风机。总体框图如下图2.1所示。
1、
角度传感器选用蓝宙电子生产的3轴陀螺仪+3轴模拟加速度传感器MMA7361模块。该模块具有ENC-03M（全新包装）三轴陀螺仪传感器、MMA7361三轴模拟量输出。
2、电机驱动模块
BTN7971驱动芯片电路图如图2.2所示，BTN7971属于半桥驱动芯片，所以用两个芯片组成一个完整的全桥驱动芯片，如图2（b）所示。由于直流风机无法反转，将风机地端连载一起，将电源端接入驱动电路中的OUT1、OUT2、OUT3、OUT4，将驱动电路的输入口接单片机PWM1、3、5、7口，通过个给驱动输入PWM值台阶风机速度达到对风机控制目的。
图2.2
3、拨码开关
在单片机的PB口接一个拨码开关，实现人机交互功能。当拨动一个值后，系统会切换一个系统模式，完成本系统的全部功能
操作。该模块方便选择各种模式。
系统理论分析与计算
风力摆的运动控制分析
风力摆采用4只功率为12V、1.2A的大功率直流风机为动力驱动系统。模拟加速度陀螺仪采集风力摆的当前的角度，单片机处理角度信息输出PWM占空比，控制4只风机的工作状态，从而实现对风力摆的控制。
图3.1风力摆结构示意图
系统算法的分析
本系统采用PID算法来控制流风机的转动速度，流风机开始工作后，姿态采集模块不断采集当前风力摆的空间位置角度，并与之前的状态比较，是的风力摆的运动状态逐渐趋向于平稳。PID算法由风力摆转动角度比例P、角度误差积分I和角度微分D组成。
其输入e（t）与输出U（t）的关系为：U（t）=P*［e(t)+1/I∫
e(t)dt+D*de(t)/dt］
它的传递函数为：G（s）=U(S)/E(S)=P*[1+1/(I*s)+D*s]
风力摆转动角度比例P：对风力摆角速度进行比例调节，即对风机转动速度调整。比例越大，调节速度越快，但不能过大，过大可能造成四风机因工作状态的突变而使摆杆不稳定。
角度误差积分I：使系统消除稳态误差。计入微分调节使系统稳定系数下降，动态相应变慢。根据本系统要更快更稳完成风力摆的控制，本系统对积分调节的需要就非常弱。即保证在不需要时系统不会受到影响。
角度微分D：微分反映风力摆角度的变化率，具有可预见性，能预见偏差变化的趋势因此产生超前的控制作用，在偏差还没有形成之前，已被微分作用调节消除。因此，可以改善系统的动态性能。在为分时间选择合适情况下，减少调节时间。
软件设计
程序功能描述与设计思路
系统软件实现的功能如下：1、读取陀螺仪数据，将数据反馈给单片机；2、单片机将读取数据的模拟量AD转换为数字量后，将相对应的PWM 波发送给轴流风机；3、控制平衡板；4、拨码开关控制；5、数据汇总做出判断。
程序流程图
系统主程序流程图如下图所示，进入主程序并初始化后，等待拨码开关的状态执行相应程序，每个程序能完成一项要求，各子模块是独立模块，结构清楚。
为了便于系统调试，本系统使用CodeWarriorIDE进行原程序的编写、编译和链接，并最终生成可执行文件。该编译器具有高度可视化界面操作及自动创建复杂嵌入式系统应用的功能，包括集成开发环境IDE、处理器专家库、全芯片仿真、可视化参数显示工具、项目工程管理器、C 交叉编译器、汇编器、连接器以及调试器，可支持在线调试，为使用嵌入式产品开发提供了便利。
系统测试
1、测试工具
刻度尺、秒表、量角器
2、测试指标及方法
1)基本要求（1）：驱动风力摆工作，使激光笔稳定地在地面划出
的直线段，来回五次，记录七由静止只开始自由摆时间及最大偏差距离。（15s内完成，线性误差大于±2.5cm），经测验，满足题
目要求。
2)基本要求（2）：设置风力摆划线长度，驱动风力摆工作，记录
其由静止开始自由摆时间及在华不同长度直线时的最大偏差距离。
（15s内完成，线性误差大于±2.5cm）。经测验，满足题目要
求。
3)基本要求（3）：设置风力摆自由摆时的角度，驱动风力摆工
作，记录其由静止只开始自由摆时间及在画不同角度直线时的最大偏差距离。经测验，满足题目要求。
4)基本要求（4）：将风力摆拉起任意角度（30度~45度），5s
内使风力摆制动达到静止。将风力摆拉起一定角度放开，测试风力摆制动所需的时间。经测验，满足规定的5s内静止。
5)发挥部分：以风力摆静止时的光电为圆心，设置风力摆画圆半
径，区东风里摆动激光笔在地面画圆，记录其画三次圆所用的时间以及最大偏差距离，重复测试三次。改变原半径再次测验，重复以上操作四次，经测验，误差在规定的30s、±2.5cm的线性误差
内。
结束语
通过紧张的四天三夜的奋力拼搏，与小组其他成员的通力协作，团结互助，终于完成了设计项目。
通过不断地测试调试，本系统达到了设计的四个基本要求和发挥部分，在本次设计的过程中，我们遇到了很多突发事件和各种困难。尤其是向如何在摆动过程中如何保持激光轨迹的线性度一度陷入困难。但通过团队的仔细分析和自我调整状态后我们终于解决了问题，取得了比较满意的结果。经过本次电子设计竞赛让我们对电路的设计、调试有了深刻的印象，加深了对测控技术的理解，同时也深刻体会到了共同协作和团队精神的重要性，提高了我们动手解决问题的能力，设计中还有欠缺的地方，今后的学习工作中会加以注意。同时感谢竞赛的主办方让我们得到了很好的锻炼机会，由于时间紧迫我们未能将系统方案调整到最优，但是我们会利用课余时间继续深入研究找出更好的的方案！
附录
附录1：参考文献
[1]黄智伟.大学生全国电子设计竞赛训练教程.北京：电子工业出版社，2005
[2]谭浩强.C语言程序设计(第二版).北京：清华大学出版社，2000
[3]郭天祥.新概念51单片机C语言教程.入门、提高、开发[M].北京：电子工业出版社，2009
[4]张阳、吴晔、滕勤.MC9S12XS单片机原理及嵌入式系统开发.北京：电子工业出版社
附录2：主要元器件清单
附录3：电路原理图
图7.1主板原理图
图7.2驱动模块整体电路图
附录4：部分源程序
voidKalman_Filter_Y(floataccel,floatgyro)//range-1000-2g
{
floatPHt_0,PHt_1,E,K_0,K_1,Y_0,Y_1;
//K_0含有卡尔曼增益的另外一个函数，用于计算最优估计值
//K_1含有卡尔曼增益的函数，用于计算最优估计值的偏差
//先验估计//角度更新
angle_y+=(gyro-gyro_bias)*dt;//由角速度积分得到的角度//计算过程协方差矩阵的微分矩阵
//关于dt的调整，增加dt可使kalmanfilter的输出相位滞后
Pdot[0]=Q_acce-PP[0][1]-PP[1][0];//派生协方差矩阵计算Pk-'0,0先验估计误差协方差的微分
Pdot[1]=-PP[1][1];//0,1
Pdot[2]=-PP[1][1];//1,0
Pdot[3]=Q_gyro;//1,1Pdot=A*P+P*A导+Q
PP[0][0]+=Pdot[0]*dt;//计算协方差矩阵//协方差矩阵更新
PP[0][1]+=Pdot[1]*dt;//Pk-先验估计误差协方差微分的积分=先验估计误差协方差
PP[1][0]+=Pdot[2]*dt;
PP[1][1]+=Pdot[3]*dt;
PHt_0=H_0*PP[0][0];
PHt_1=H_0*PP[1][0];
E=R_angle+H_0*PHt_0;//估计偏差//计算的过程量//误差估计计算
K_0=PHt_0/E;//计算卡尔曼增益//卡尔曼增益，E越大，K越小
K_1=PHt_1/E;
//后验估计//更新状态估计//计算测量角度和估计角度的偏差
angle_error=accel-angle_y;//计算角度偏差//zk-先验估计
angle_y+=K_0*angle_error;//更新角度最优估计值//融合后的角度gyro_bias+=K_1*angle_error;//更新最优估计值偏差
rotate_y=gyro-gyro_bias;//更新角速度最优估计值//输出值（angle_y）的微分=角速度//融合后角速度
//更新协方差矩阵//后验估计，更新协方差阵
Y_0=PHt_0;
Y_1=H_0*PP[0][1];
PP[0][0]-=K_0*Y_0;//后验估计误差协方差
PP[0][1]-=K_0*Y_1;
PP[1][0]-=K_1*Y_0;//P（K|K）E越大，P越大
PP[1][1]-=K_1*Y_1;
}
/*voidKalman_Filter_Y1(floataccel1,floatgyro1)//range-1000-2g {
floatPHt_0,PHt_1,E,K_0,K_1,Y_0,Y_1;
//K_0含有卡尔曼增益的另外一个函数，用于计算最优估计值
//K_1含有卡尔曼增益的函数，用于计算最优估计值的偏差
//先验估计//角度更新
angle_y1+=(gyro1-gyro_bias1)*dt1;//由角速度积分得到的角度//计算过程协方差矩阵的微分矩阵
//关于dt的调整，增加dt可使kalmanfilter的输出相位滞后
Pdot1[0]=Q_acce1-PP1[0][1]-PP1[1][0];//派生协方差矩阵计算Pk-
'0,0先验估计误差协方差的微分
Pdot1[1]=-PP1[1][1];//0,1
Pdot1[2]=-PP1[1][1];//1,0
Pdot1[3]=Q_gyro1;//1,1Pdot=A*P+P*A导+Q
PP1[0][0]+=Pdot1[0]*dt1;//计算协方差矩阵//协方差矩阵更新
PP1[0][1]+=Pdot1[1]*dt1;//Pk-先验估计误差协方差微分的积分=先验估计误差协方差
PP1[1][0]+=Pdot1[2]*dt1;
PP1[1][1]+=Pdot1[3]*dt1;
PHt_0=H_1*PP1[0][0];
PHt_1=H_1*PP1[1][0];
E=R_angle1+H_1*PHt_0;//估计偏差//计算的过程量//误差估计计算
K_0=PHt_0/E;//计算卡尔曼增益//卡尔曼增益，E越大，K越小
K_1=PHt_1/E;
//后验估计//更新状态估计//计算测量角度和估计角度的偏差
angle_error1=accel1-angle_y1;//计算角度偏差//zk-先验估计
//融合后的角度
angle_y1+=K_0*angle_error1;//更新角度最优估计值
gyro_bias1+=K_1*angle_error1;//更新最优估计值偏差
//融合后角速度
rotate_y1=gyro1-gyro_bias1;//更新角速度最优估计值//输出值（angle_y）的微分=角速度
//更新协方差矩阵//后验估计，更新协方差阵
Y_0=PHt_0;
Y_1=H_1*PP1[0][1];
PP1[0][0]-=K_0*Y_0;//后验估计误差协方差
PP1[0][1]-=K_0*Y_1;
PP1[1][0]-=K_1*Y_0;//P（K|K）E越大，P越大
PP1[1][1]-=K_1*Y_1;
}*/
voidAngleCalculate(void)
{
uinti;
for(i=0;i<3;i++)
{
gyro_temp[i]=ad_once(0);//y陀螺仪
acce_temp1[i]=ad_once(1);//z加速度计
}
GyroY=Mid(gyro_temp[0],gyro_temp[1],gyro_temp[2]);//求中值AcceZ=Mid(acce_temp1[0],acce_temp1[1],acce_temp1[2]);
//陀螺仪处理
GyroY_=GyroY-GYROSCOPE_OFFSET;//求陀螺仪偏差
angular_y=-GyroY_*GYROSCOPE_ANGLE_RATIO;//陀螺仪角速度
//加速度处理
AcceZ=AcceZ-GRAVITZ_OFFSET;//加速度计偏差
accel_y=AcceZ*GRAVITY_ANGLE_RATIO;//加速度计角度
Kalman_Filter_Y(accel_y,angular_y);
}
设计了一个简易风力摆控制装置，由直流风机组，陀螺仪，直流减速电机以及激光笔等组成。以MSP430F14单片机为核心，用PW波控制控制电机转速，调节风力大小，并以四个风机上下与左右同面两两并在一起对碳素管及激光笔进行工作，使细杆及激光笔在 风机的作用下可进行自由摆动且进一步可控摆动在地上划线，具有很好的重复性，并且可 以设定摆动方向且画短线，已经能够在将风力摆拉起一定角度放开后可以在规定时间内达到平衡。 关键词：风力控制摆、陀螺仪、轴流风机、PWM B速、MSP43C单片机 风力摆控制系统（B题） 1方案设计与选择 1.1设计内容 要求一个下端悬挂有（2~4只）直流风机的细管上端固定在结构支架上，只由风机提供动力，构成一个风力摆，风力摆上安装一个向下的激光笔。通过单片机代码指令控制驱动风机使风力摆按照一定的规律运动，并使激光笔在地面画出要求的轨迹，风力摆结构图如图1所示。 图1风力摆结构图 1.2设计要求 1.2.1基本要求 （1）从静止开始，15s内控制风力摆做类似自由摆运动，使激光笔稳定地在地面画出一条长度不短于50cm的直线段，其线性度偏差不大于土 2.5cm，并且具有较好的重复性； ⑵从静止开始，15s内完成幅度可控的摆动，画出长度在30~60cm间可设置，长度偏差不大于土 2.5cm的直线段，并且具有较好的重复性； （3）可设定摆动方向，风力摆从静止开始，15s内按照设置的方向（角度）摆动，画
出不短于20cm的直线段; (4)将风力摆拉起一定角度(30~45 ° )放开，5s内使风力摆制动达到静止状态。 1.2.2发挥部分 (1) 以风力摆静止时激光笔的光点为圆心，驱动风力摆用激光笔在地面画圆，30s内 需重复3次；圆半径可在15~35cm范围内设置，激光笔画出的轨迹应落在指定半径 ± 2.5cm的圆环内； (2) 在发挥部分(1)后继续作圆周运动，在距离风力摆1~2m距离内用一台50~60W台扇在水平方向吹向风力摆，台扇吹5s后停止，风力摆能够在5s内恢复发挥部分(1)规定的圆周运动，激光笔画出符合要求的轨迹； (3) 其他。 2总体方案设计与选择 2.1单片机选择 方案一：采用STC89S51芯片，该款芯片具有高性能低功耗的特点，具有32位输入/ 输出，可以实现处理、存储等功能⑴，但是其灵活性不高，需实时保护软件现场，否则易丢失信息，存储能力较弱。 方案二：采用MSP430F14芯片，该款芯片具有高性能，低功耗的特点，其抗干扰能力比较强，存储空间较大，稳定性较强。 二者比较之下，选择方案二作为此次设计的核心控制部分。 2.2直流风机选择 方案一：采用12V 4.5A的轴流风机，风力很大，可以将自身轻松吹起，但是体积较大，质量较重。 方案二：采用12V 1.5A的小风机，体积小，质量轻。但是风力足够大，单电机产生 的风力可吹起4个相同电机
风力发电毕业论文 目录 摘要............................................................ I 前言 (1) 1 风力发电的现状背景和意义 (2) 1.1 风力发电的现状 (2) 1.2 风力发电的潜力 (3) 1.3 发展风电刻不容缓 (4) 2 风力发电机 (5) (一)风力发电机主要类型 (5) 2. 1 恒速风力发电机 (5) 2. 2 有限变速风力发电机 (5) 2. 3 变速风力发电机 (5) (二)不同风力发电机的综合比较 (7) 2. 4 年能量利用率和经济性的对比分析 (7) 2. 5 不同类型风力发电机市场应用情况 (7) 3 风力发电控制技术 (9) 3.1 变桨距风力发电技术 (9) 3.2 主动失速／混合失速发电技术 (9) 3.3 变速风力发电技术 (9) 3.4风力发电系统的智能控制 (10) 3.5 模糊控制 (10)
3.6 神经网络控制 (10) 3.7技术发展趋势展望 (11) 4 未来发展的建议 (12) 参考文献 (13) 致谢 (14)
前言 自然界的风是可以利用的资源，然而，我们现在还没有很好的对它进行开发。这就向我们提出了一个课题：我们如何开发利用风能？自然风的速度和方向是随机变化的，风能具有不确定特点，如何使风力发电机的输出功率稳定，是风力发电技术的一个重要课题。迄今为止，已提出了多种改善风力品质的方法，例如采用变转速控制技术，可以利用风轮的转动惯量平滑输出功率。由于变转速风力发电组采用的是电力电子装置，当它将电能输出输送给电网时，会产生变化的电力协波，并使功率因素恶化。因此，为了满足在变速控制过程中良好的动态特性，并使发电机向电网提供高品质的电能，发电机和电网之间的电力电子接口应实现以下功能：一，在发电机和电网上产生尽可能低的协波电波；二，具有单位功率因素或可控的功率因素；三，使发电机输出电压适应电网电压的变化；四，向电网输出稳定的功率；五，发电机磁转距可控。此外，当电网中并入的风力电量达到一定程度，会引起电压不稳定。特别是电网发生短时故障时，电压突降，风力发电机组就无法向电网输送能量，最终由于保护动作而从电网解列。在风能占较大比例的电网中，风力发电机组的突然解列，会导致电网的不稳定。因此，用合理的方法使风力发电机组电功率平稳具有非常重要的意义。
2015年全国大学生电子设计竞赛 风力摆控制系统 （B题） 2015年8月15日
摘要 本设计以IAP15W4K58S4单片机为控制核心，支持6路pwm 输出，根据51单片机的易用性、多功能性，以及低成本等特点，我们选择了它作为风力摆的控制核心。风力摆系统采用18650锂电池供电，配合自焊驱动电路板，根据内部程序，对风力摆上直流电机进行调速控制。通过控制不同方向直流电机的转速，从而向空气产生各个方向的不同的力，再通过空气对风力摆的反向作用力，以完成题目要求的风力摆做出的动作。 1.方案论证 本系统主要由单片机控制模块、姿态采集模块、电源模块，控制算法、直流调速系统等部分组成，下面分别论证这几个模块的选择。 1.1直流调速系统的论证与选择 方案一：静止可控整流器。简称V-M系统。 方案二：脉宽调速系统。 V-M系统的缺点是晶闸管的单向导电性，它不允许电流反向，给系统的可逆运行造成困难。它的另一个缺点是运行条件要求高，维护运行麻烦。最后，当系统处于低速运行时，系统的功率因数很低，并产生较大的谐波电流危害附近的用电设备。 与V-M系统相比，PWM调速系统有下列优点： （1）由于PWM调速系统的开关频率较高，仅靠电枢电感的滤波作用就可以获得脉动很小的直流电流，电枢电流容易连续，系统的低速运行平稳，调速范围较宽，可达1：10000左右。由于电流波形比V-M系统好，在相同的平均电流下，电动机的损耗和发热都比较小。
（2）同样由于开关频率高，若与快速响应的电机相配合，系统可以获得很宽的频带，因此快速响应性能好，动态抗扰能力强。 （3）由于电力电子器件只工作在开关状态，主电路损耗较小，装置效率较高。 根据以上综合比较，本设计中采用PWM调速系统对直流电机进行调速。 1.2 电源方案的论证与选择 方案一：使用单电源接自制线性直流稳压源模块。单电源同时给控制系统和风机供电，方案简单易操作。但风机转动过程中不仅会给电源带来纹波，而且产生反电压容易使单片机被烧毁。且单电源工作负载大，耗电快。 方案二：采用双电源供电。风机驱动电源和单片机控制电源分开，单片机使用12V 锂电池配合L298N驱动模块供电，直流风机则用18650配合自焊驱动电路板进行供电。此方案可确保系统的稳定性，方便对电机进行PWM调速，且满足了系统对供电需求。 综合上述比较，考虑系统的安全性、稳定性以，本系统采用方案二。 1.3 角度测量方案的选择与论证 方案一：只测量风力摆关于静止状态时的偏转角。采用二维平面内角位移传感器测量风力摆转动时关于静止状态时的偏转角，通过控制该偏转角反馈给单片机执行控制算法实现对风机的控制。该方案软件处理繁琐，且二维平面内的角位移传感器不利于测量风力摆的空间位置，不利于实现对风力摆的精确控制。 方案二：采用MPU-6000（6050）模块。模块集成加速度计和陀螺仪，以数字输出6轴的旋转矩阵、四元数(quaternion)、欧拉角格式(Euler Angle forma)的融合演算数据，得到风力摆姿态角，再通过控制算法对直流风机进行控制。6050模块能测得三轴陀螺仪和三轴加速度数据，能计算出风力摆的精确姿态角，从而实现对风力摆的精确控制。本系统选用6050模块的方案。 1.4 控制算法的论证与选择 方案一：采用模糊控制算法, 模糊控制有许多良好的特性,它不需要事先知道对象的数学模型,具有系统响应快、超调小、过渡过程时间短等优点，但编程复杂，数据处理量大。 方案二：采用PID算法，按比例、积分、微分的函数关系,进行运算,将其运算结果用以输出控制。优点是控制精度高,且算法简单明了。对于本系统的控制已足够精确，节约了单片机的资源和运算时间。本系统选择方案二。
摘要 设计了一个简易风力摆控制装置，由直流风机组，陀螺仪，直流减速电机以及激光笔等组成。以MSP430F149单片机为核心，用PWM波控制控制电机转速，调节风力大小，并以四个风机上下与左右同面两两并在一起对碳素管及激光笔进行工作，使细杆及激光笔在风机的作用下可进行自由摆动且进一步可控摆动在地上划线，具有很好的重复性，并且可以设定摆动方向且画短线，已经能够在将风力摆拉起一定角度放开后可以在规定时间内达到平衡。 关键词：风力控制摆、陀螺仪、轴流风机、PWM调速、MSP430单片机
风力摆控制系统（B题） 1方案设计与选择 1.1设计内容 要求一个下端悬挂有(2~4只)直流风机的细管上端固定在结构支架上，只由风机提供动力，构成一个风力摆，风力摆上安装一个向下的激光笔。通过单片机代码指令控制驱动风机使风力摆按照一定的规律运动，并使激光笔在地面画出要求的轨迹，风力摆结构图如图1所示。 图1风力摆结构图 1.2设计要求 1.2.1基本要求 (1)从静止开始，15s 内控制风力摆做类似自由摆运动，使激光笔稳定地在地面画出一条长度不短于50cm 的直线段，其线性度偏差不大于±2.5cm，并且具有较好的重复性； (2)从静止开始，15s 内完成幅度可控的摆动，画出长度在30~60cm 间可设置，长度偏差不大于±2.5cm 的直线段，并且具有较好的重复性； (3)可设定摆动方向，风力摆从静止开始，15s 内按照设置的方向（角度）摆动，画出不短于20cm 的直线段； (4)将风力摆拉起一定角度(30~45°)放开，5s 内使风力摆制动达到静止状态。 1.2.2发挥部分 (1)以风力摆静止时激光笔的光点为圆心，驱动风力摆用激光笔在地面画圆，30s 内需重
龙源期刊网 https://www.doczj.com/doc/d15626067.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。
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
风力发电的基本原理 1 引言 风是最常见的自然现象之一，是太阳对地球表面不均衡加热而引起的“空气流动”，流动空气具有的动能称之为风能。因此，风能是一种广义的太阳能。据世界气象组织（WMO）和中国气象局气象科学研究院分析，地球上可利用的风能资源为200亿kW，是地球上可利用水能的20倍。中国陆地10m高度层可利用的风能为2.53亿kW，海上可利用的风能是陆地上的3倍，50m高度层可利用的风能是10m高度层的2倍，风能资源非常丰富。 2 风力发电基本理论知识 2.1 风能的计算公式 空气运动具有动能。风能是指风所具有的动能。如果风力发电机叶轮的断面积为A，则当风速为V的风流经叶轮时，单位时间风传递给叶轮的风能为 其中：单位时间质量流量m=ρAV 在实际中， 式中： P W—每秒空气流过风力发电机叶轮断面面积的风能，即风能功率，W； C p—叶轮的风能利用系数； m—齿轮箱和传动系统的机械效率，一般为0.80—0.95，直驱式风力发电机为1.0； e—发电机效率，一般为0.70—0.98； ρ—空气密度，kg/m3； A—风力发电机叶轮旋转一周所扫过的面积，m2； V—风速，m/s。 2.2 贝茨（Betz）理论 第一个关于风轮的完整理论是由德国哥廷根研究所的A·贝茨于1926年建
立的。 贝茨假定风轮是理想的，也就是说没有轮毂，而叶片数是无穷多，并且对通过风轮的气流没有阻力。因此这是一个纯粹的能量转换器。此外还进一步假设气流在整个风轮扫掠面上的气流是均匀的，气流速度的方向无论在风轮前后还是通过时都是沿着风轮轴线的。 通过分析一个放置在移动空气中的“理想”风轮得出风轮所能产生的最大功率为 式中： P max—风轮所能产生的最大功率； ρ—空气密度，kg/m3； A—风力发电机叶轮旋转一周所扫过的面积，m2； V—风速，m/s。 这个表达式称为贝茨公式。其假定条件是风速与风轮轴方向一致并在整个风轮扫掠面上是均匀的。 将式除以气流通过扫掠面A时风所具有的动能，可推得风力机的理论最大效率 式即为有名的贝兹（Betz）理论的极限值。它说明，风力机从自然风中所能索取的能量是有限的，其功率损失部分可以解释为留在尾流中的旋转动能。 能量的转换将导致功率的下降，它随所采用的风力机和发电机的型式而异，因此，风力机的实际风能利用系数Cp<0.593。 2.3 温度、大气压力和空气密度 通过温度计和气压计测试出实验地点的环境温度和大气压，由下式计算出空气密度。 式中：ρ—空气密度，kg/m3； h—当地大气压力，Pa；
风力摆控制系统设计报 告 文件编码（008-TTIG-UTITD-GKBTT-PUUTI-WYTUI-8256）
大学生电子设计竞赛 风力摆控制系统 学院: 计算机学院 项目：风力摆控制系统 负责人：王贤朝 指导老师：张保定 时间： 2017年5月20日
摘要 本系统采用K60开发板作为控制中心，与万向节、摆杆、直流风机（无刷电机+扇叶）、激光头、反馈装置一起构成摆杆运动状态与风机速度分配的双闭环调速系统。单片机输出可变的PWM波给电机调速器，控制4个方向上风机的风速，从而产生大小不同的力。利用加速度计模块MPU6050，准确测出摆杆移动的位置与中心点位置之间的关系，采样后反馈给单片机，使风机及时矫正，防止脱离运动轨迹。使用指南针模块判别方向，控制系统向指定方向偏移。控制方式采用PID算法，比例环节进行快速响应，积分环节实现无静差，微分环节减小超调，加快动态响应。从而使该系统具有良好的性能，能很好地实现自由摆运动、快速制动静止、画圆、指定方向偏移，具有很好地稳定性。 关键词：K60、空心杯电机、MPU6050、PID、无线蓝牙 目录
风力摆控制系统（B题） 【本科组】 一、系统方案 系统基本方案 控制方案设计 为了实现题目要求我们采用K60单片机做为主控芯片，用加速度计陀螺仪模块MPU6050来计算角度和风机状态，用直流风机带动摆杆运动。当MPU6050检测到摆杆的角度时，可根据三角函数公式计算出摆杆现在距离中心的具体位置（方向、距离），单片机会控制PWM波的输出大小来控制风机的风速与方向，使摆杆达到在特定位置静止或按照一定的轨迹运动。当摆杆处于自然下垂状态时，给四个风机同时上电且风向都向外，此时摆杆仍处于受力平衡——静止状态。此时降低X轴上一个风机的转速，摆杆将会带动激光头在X轴上画一条直线，当达到一定的倾斜角度时，单片机可根据角度计算出此时距离中心的距离是否>=25cm，若达到要求后，此风机减速，X轴反方向上电机逐渐加速，恢复到初始速度，反方向做相同的运动。在此过程中，单片机做出A/D采样，Y轴方向方向风机随时做出矫正，防止发生轨迹偏移。 机械结构方案设计 由于摆杆长度（60cm~70cm）较长，且要求激光头在地面画出15cm~35cm的圆，所以要求横杆的距离要足够长。横杆长度较长加之摆杆重量较大，所以要求底座要有足够的重量来支撑整个系统。如果结构不稳或者重量不够，摆杆运动过程中将会产生倾倒或者抖动等现象，影响测试结果。于是，底座采用了“工”型结构，保证了整个系统的稳定性。摆杆材料方面，我们选用轻便的硬
风力发电机论文关于风力发电的论文 影响风力发电机组功率的因素 摘要：风力发电机作为一种绿色能源有着改善能源结构、经济环保等方面的优势，也是未来能源电力发展的一个趋势。但风力发电机在工作时由于受到环境或本身结构的影响，其功率会受到影响。文章就影响风力发电机组功率的各方面因素进行探讨。 关键词：风力发电机；功率影响因素；功率曲线；发电量 一、功率曲线与发电量 功率曲线反映了风力发电机组的功率特性，是衡量机组风能转换能力的指标之一，设备验收时功率曲线往往是被重点考核的对象。其实，评价一种机型功率曲线的好坏不应单纯地只关注那些图表中所给定的“风速—功率”对应值，还应根据现场情况进行具体分析：风力机组的功率特性关键取决于叶片的气动特性和机组的控制策略。众所周知，叶片的气动设计实际上是一个优化的结果，受其他条件限制，无法达到所有风速工况下效率均最好的目标。而机组实际运行的外部条件可能与设计存在较大差异，因此需要采取技术措施以实现发电量最大。一般来讲，失速型机组应根据风频分布调整合适的安装角，使风频最高的风速段出力最好。而变桨距机组则应根据湍流等风速特性优化控制策略。因此为了追求发电量优化的目标，实际的功率曲线与理论值会存在一个合理的偏差。
二、风力发电机组实际功率曲线与标准功率曲线的差异 根据风力发电机组在一段时间内输出功率和同一时刻的风速之间的对应关系，即可得到风电机组的实际功率曲线，比较理想的状况是单独设立一套独立的测量系统，对机组的功率数据进行记录，同时测量环境气温、大气压力和风速等环境参数，根据记录的数据，绘制出风力发电机组的实际功率曲线，同时根据环境气温、大气压力对实际功率曲线进行修正，观察机组实际功率曲线与标准功率曲线的差异是否在正常的范围内。在实际工作中，由于受现场条件和机组数量较大的限制，多利用机组控制系统的测量数据，通过中央监控系统进行记录，这种方式存在两个弊端：一是多数风力机的风速仪位于叶轮的后部，风速的测量准确度受到影响，其次机组控制系统没有环境气温、大气压力等环境参数的测量或测量值不准确，需要补充其它辅助装置进行数据的补充。因此采用这种方式分析处理得到的机组实际功率曲线应允许有一定的误差。 本文所有数据源于一套为上海电气的SEG—1250风机监控系统，数据存储时间间隔为1分钟。 选定这种风力机的数据，是因为这种风力机在风力机类型上比较普遍，同属于三叶片、上风向、定桨距失速调节型风力机，额定功率相同，叶轮转速相同，均为33rpm，叶轮直径普遍。 在图1中，风力机的实际功率曲线均未经过环境温度和大气压力
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。
关于新能源风能发电论文 姓名：王刚 班级：0801013328
风能发电 在不断持续的能源紧张中，不少人想到了新能源利用。利用洁净的能源（可再生能源）是人类社会文明进步的表现、是科学技术的发展、是环保理念的体现。洁净能源指太阳能、风能、潮汐能、生物能等，这都是可再生取之不尽的能源，特别是风能技术最为成熟，经济可行性较高，是一种较理想的发展能源。风是地球上的一种自然现象，它是由太阳辐射热引起的。风能是太阳能的一种转换形式，是一种重要的自然能源。太阳照射到地球表面，地球表面各处受热不同，产生温差，从而引起大气的对流运动形成风。据估计到达地球的太阳能中虽然只有大约2%转化为风能，但其总量仍是十分可观的。全球的风能约为2.74×109MW，其中可利用的风能为2×107MW，比地球上可开发利用的水能总量还要大10倍。 我国风能资源总量约42亿千瓦，技术可开发量约3亿千瓦。目前东南沿海是最大风能资源区，风能密度为200W/M2～300W/M2，大于6m/s的风速时间全年3000h以上就可取得较大经济效益。 一风力发电的现状 21世纪是可再生能源的世纪，由于风能非常丰富、价格非常便宜、能源不会枯竭，又可以在很大范围内取得，非常干净、没有污染，不会对气候造成影响，因而风力发电具有极大的推广价值。在中国，风能资源丰富的地区主要集中在北部、西北和东北的草原、戈壁滩以及东部、东南部的沿海地带和岛屿上。这些地区缺少煤炭及其他常规能源，并且冬春季节风速高，雨水少；夏季风速小，降雨多，风能和水能具有非常好的季节补偿。另外，在中国内陆地区，由于特殊的地理条件，有些地区具有丰富的风能资源，适合发展风电，比如江西省都阳湖地区以及湖北省通山地区。目前我国的风能利用方面与国际水平还在一定差距，但是发展很快，无论在发展规模上还是发展水平上，都有很大提高。据资料显示，2004年全国在建项目的装机容量约150万千瓦，其中正在施工的约42万千瓦，可研批复的68万千瓦，项目建议书批复的45万千瓦，包括五个10万千瓦特许权项目。 江西都昌老爷庙风电场风能资源丰富，建设条件较好，已被列为全国大型风电场预可研项目。目前，江西省能源结构性矛盾突出，一次能源只有煤炭和水电；而且电煤大部分需要从省外运入，水电开发程度又较低。风电和水电具有不同步发生规律，风力发电高峰处于秋季与冬季，水利发电高峰期处于春季和夏季，风电和水电具有季节性特性，可实现季节性互补；风力发电是环保型可再生能源，可改善电源结构，替代一部分火电容量，节约煤炭，减少污染，保护环境。 据资料显示，“十一五”末九江电网电力开始出现缺额，2010年缺额将达158兆瓦。老爷庙风电场的建设，可以缓解九江电网电力不足的矛盾，满足九江电网日益增长的电力需要；同时可就近向当地供电，减少了长距离输送的网损，提高供电可靠性和经济性。 据初步测算，目前风电场造价成本约为8000～9000元/KW，机组（设备）占75%左右，基础设施占20%，其它占5%。风能利用小时数在2700～3200小
摘要：本系统主要是以STM32单片机为控制芯片控制4只直流轴流风机，从而调节风机转速来控制使风力摆呈现不同状态的控制系统。该系统主要由主控板，无线遥控器，直流轴流风机，摆架框架等四大部分组成风力摆控制系统。 关键字：风力摆无线 STM32单片机直流轴流风机
一．系统方案 1.系统方案论证 本系统主要由遥控模块、控制模块、陀螺仪模块、直流轴流风机组成，添加一些辅助电路作为扩展功能。系统工作有六种工作模式，使用无线遥控切换模式并显示。下面分别论证这几个模块的选择。 1.1直流风机的论证与选择 方案一：使用直流鼓风机。直流鼓风机的机械摩擦非常小，具有较大的精度，并能提供足够的风力进行运动。但在实验过程中，风机启动速度较慢，且由于其自身重量过大，风摆在运动过程中受惯性影响极大，不能有效的完成任务要求。 方案二：采用直流轴流风机。直流轴流风机是在固定位置使空气流动，自身重量和体积都比较小，且出风口大，能够很好的提供动力与控制。在实验过程中能够较快的启动，并能较好的实现任务要求，符合实验需要。 综合以上两种方案，风力摆在运动过程中需要进行实时控制摆杆的姿态，且需要风机启停反应快，故选择方案二。 1.2控制器模块的论证与选择 根据设计要求，控制器主要用于计算摆杆姿态、控制直流轴流风机PWM、使摆杆能完成相应等功能。 方案一：采用STC89C51作为系统控制器。它的技术成熟，成本低。STC89C51是8位的单片机，数据传输速度慢，在用于精密的操作时，不能满足实时控制的要求，且复杂的控制算法难以实现，不利于控制。 方案二：采用意法半导体公司的STM32F103单片机作为控制器。STM32系列单片机是32位、RISC、低功耗的处理器。在进行高精密的操作时，处理能力非常强，运算速度快，具有很好的控制能力，且成本低，更符合实验要求。 综合考虑以上两种方案，采用方案二。 2.系统结构 根据上述方案的论证，我们确定以STC32F103作为控制核心，采用型号为PFB0812XHE的直流轴风机控制摆杆运动，用陀螺仪MPU6050检测状态数据，并将采集到的数据传输给控制板，然后通过单片机计算处理得出摆杆的姿态并调整直
论文 题目:风力摆控制系统设计 学生：庞刚 学号：201206070422 院（系）：电气与信息工程学院 专业：自动化124 指导教师：郑恩让 2016年 1 月 4 日
风力摆控制系统 庞刚 （陕西科技大学电气与信息工程学院，陕西西安 710021） 摘要：本组选择的是2015年大学生电子竞赛B题——风力摆控制系统。针对于题目基础部分与发挥部分要求，设计了一个以飞思卡尔公司单片机MK60为控制单元、2对垂直放置的轴流风机组为执行器单元、陀螺仪传感器和加速度传感器以信息融合方式实现的（角度）传感器单元形成了一个三维空间的闭环控制系统（风力摆控制系统）。在此基础上首先利用空间矢量法将被控量投影到X和Y 两个独立坐标上，分别利用相互独立的PID、FUZZY等控制方法实现风力摆系统系列动作。实验表明：本竞赛小组设计制作的风力摆系统能够以较高的精度完成各种任务。 关键词：风力摆，MK60，轴流风机，角度传感器，空间矢量法，PID Wind pendulum control system P ANG Gang (Shaanxi University of Science & Technology, Academy of electronic information and electrical engineering ,ShanXi Xi’an 710021) Abstract: The Undergraduate Electronic Competition in this group chose B question - Wind pendulum control system. For the base portion and play in the title part of the requirements, we designed a Freescale microcontroller MK60 control unit, two pairs of vertically disposed axial air units for the actuator unit, a gyro sensor and an acceleration sensor information fusion way to achieve (angle) sensor units form a closed loop control system of a three-dimensional space (wind pendulum control system). Firstly, on the basis of space vector will be charged the amount projected onto X and Y coordinates of two separate, independent of one another, respectively PID, FUZZY and other control methods to achieve a wind pendulum series of actions. Experimental results show that: The race team designed a wind pendulum system with high accuracy can complete various tasks. Keywords: Wind swing, MK60, axial fans, angle sensors, space vector, PID 1 方案论证 首先我们对该系统的结构及风力摆运 动控制方案的比较论证。
风力发电技术发展趋势 班级：姓名：学号： 摘要：随着世界环境趋恶化，风力发电作为一种重要的可再生能源形式，越来越受到人们的广泛关注。随着风电设备制造技术的日益成熟和风电价格的逐步降低，近些年来，无论是发达国家还是发展中国家都在大力发展风力发电。特别是自20世纪80年代以来，大、中型风电场并网容量发展最为迅猛，对常规电力系统运行造成的影响逐步明显和加大，由此提出了一系列值得关注和研究的问题。风力发电之所以在全世界范围获得快速发展，除了能源和环保方面的优势外，还因为风电场本身所具有的独特优点：(1)风能资源丰富，属于清洁的可再生能源；(2)施工周期短，实际占地少，对土地要求低；(3)投资少，投资灵活，投资回收快；(4)风电场运行简单，风力发电具有经济性； (5)风力发电技术相对成熟。另一方面风电也存在一定的局限性，主要表现在：(1)风能的能量密度小且不稳定，不能大量储存；(2)风轮机的效率较低；(3)对生态环境有影响，产生机械和电磁噪声；(4)接入电网时，对电网有负面影响 关键词：电力系统;风力;可再生；电厂；分析 一．风力发电的优缺点 风能的发展对环境有正面影响和负面影响.未来的发展将依赖于如何
使正面影响达到最大,而同时负面影响保持在最低. 优点： 1）风能为洁净的能量来源。 2）风能设施日趋进步，大量生产降低成本，在适当地点，风力发电成本已低于发电机。 3）风能设施多为不立体化设施，可保护陆地和生态。 4）风力发电是可再生能源，很环保。 5)风能发电不会释放二氧化碳,不会带来酸雨,大雾和放射等污染,也不会造成对陆地海水,和水资源的污染.风能的大规模使用可能是减少二氧化碳排放的最经济快速的方法. 缺点： 1）风力发电在生态上的问题是可能干扰鸟类，如美国堪萨斯州的松鸡在风车出现之后已渐渐消失，目前的解决方案是离岸发电，离岸发电价格较高但效率也高； 2）在一些地区，风力发电的经济性不足；许多地区的风力有间歇性，更糟糕的是如台湾等地在电力需求较高的夏季及白日，是风力较少的时间；必须等待压缩空气等储量能技术发展； 3）风力发电需要大量土地兴建风力发电厂，才可以生产比较多的能源； 4）进行风力发电时，风力发电机会发出庞大的噪音，所以要找一些空旷的地方来兴建； 5)风力机引起的电磁干扰,当风力机被放置在一台收音机,电视机或微波收发器之间时,他有时会反射一些电磁射线,其反射波与原信号会混合在一起,到达接收器.这可能造成原信号很大的扭曲.有些风力机使用
大学生电子设计竞赛 风力摆控制系统 学院: 计算机学院 项目：风力摆控制系统 负责人：王贤朝 指导老师：张保定 时间： 2017年5月20日
摘要 本系统采用K60开发板作为控制中心，与万向节、摆杆、直流风机（无刷电机+扇叶）、激光头、反馈装置一起构成摆杆运动状态与风机速度分配的双闭环调速系统。单片机输出可变的PWM波给电机调速器，控制4个方向上风机的风速，从而产生大小不同的力。利用加速度计模块MPU6050，准确测出摆杆移动的位置与中心点位置之间的关系，采样后反馈给单片机，使风机及时矫正，防止脱离运动轨迹。使用指南针模块判别方向，控制系统向指定方向偏移。控制方式采用PID算法，比例环节进行快速响应，积分环节实现无静差，微分环节减小超调，加快动态响应。从而使该系统具有良好的性能，能很好地实现自由摆运动、快速制动静止、画圆、指定方向偏移，具有很好地稳定性。 关键词：K60、空心杯电机、MPU6050、PID、无线蓝牙 目录
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风力摆控制系统（B题） 【本科组】 一、系统方案 系统基本方案 控制方案设计 为了实现题目要求我们采用K60单片机做为主控芯片，用加速度计陀螺仪模块MPU6050来计算角度和风机状态，用直流风机带动摆杆运动。当MPU6050检测到摆杆的角度时，可根据三角函数公式计算出摆杆现在距离中心的具体位置（方向、距离），单片机会控制PWM波的输出大小来控制风机的风速与方向，使摆杆达到在特定位置静止或按照一定的轨迹运动。当摆杆处于自然下垂状态时，给四个风机同时上电且风向都向外，此时摆杆仍处于受力平衡——静止状态。此时降低X轴上一个风机的转速，摆杆将会带动激光头在X轴上画一条直线，当达到一定的倾斜角度时，单片机可根据角度计算出此时距离中心的距离是否>=25cm，若达到要求后，此风机减速，X轴反方向上电机逐渐加速，恢复到初始速度，反方向做相同的运动。在此过程中，单片机做出A/D采样，Y轴方向方向风机随时做出矫正，防止发生轨迹偏移。 机械结构方案设计 由于摆杆长度（60cm~70cm）较长，且要求激光头在地面画出15cm~35cm的圆，所以要求横杆的距离要足够长。横杆长度较长加之摆杆重量较大，所以要求底座要有足够的重量来支撑整个系统。如果结构不稳或者重量不够，摆杆运动过程中将会产生倾倒或者抖动等现象，影响测试结果。于是，底座采用了“工”型结构，保证了整个系统的稳
风力发电技术论文 题目：风力发电技术发展趋势学院：信息科学与工程学院班级：计算机1004班 学号：100405427 姓名：李婷婷
风力发电技术发展趋势 前言：随着人类对于电力的要求，风力发电技术变得越来越受到人们的关注，然而，风力发电技术的发展有着很好的前途。 1 风能 风能是取之不尽、用之不竭、洁净无污染的可再生能源。可再生能源包括风能、太阳能、水能、生物质能、地热能、海洋能等。风力发电是可再生能源领域中除水能外技术最成熟、最具规模开发条件和商业化发展前景的发电方式之一。发展风力发电对于调整能源结构、减轻环境污染、解决能源危机等方面有着非常重要的意义。 2.风能资源 中国风能资源丰富, 具有良好的开发前景, 发展潜力巨大。据最新风能资源普查初步统计成果, 中国陆上离地10m 高度风能资源总储量约43. 5 亿kW, 居世界第1 位。其中, 技术可开发量为 2. 5 亿kW, 技术可开发面积约20 万km2, 此外, 还有潜在技术可开发量约7900 万kW。另外, 海上10m 高度可开发和利用的风能储量约为7. 5 亿kW。全国10m 高度可开发和利用的风能储量超过10 亿kW, 仅次于美国、俄罗斯居世界第3 位。陆上风能资源丰富的地区主要分布在三北地区(东北、华北、西北)、东南沿海及附近岛屿。 3 风力发电 中国风力发电始于20 世纪80 年代, 发展相对滞后, 但起点较高, 主要经历了 3 个重要的发展阶段。第1 阶段: 1985- 1995 年试验阶段此阶段主要是利用丹麦、德国、西班牙政府贷款, 进行一些小项目的示范。欧洲风电大国利用本国贷款和赠款的条件, 将它们的风机在中国市场进行试验运行, 积累了大量的经验。同时中国的国家风电规划中设立的国产风机攻关项目, 也取得了初步成果。第2 阶段: 1995- 2003 年在第 1 阶段取得的成果基础上, 中国各级政府相继出台了各种优惠的鼓励政策。科技部通过科技攻关和国家863 高科技项目促进了风电技术的发展, 原经贸委、计委分别通过双加工程、国债项目、乘风计划等项目促进风电的持续发展。第 3 阶段: 2003 年至今中国国家发展和改革委员会通过风电特许权经营, 下放50MW 以下风电项目审批权, 要求国内风电项目、风电机组设备国产化比例不小于70% 等政策, 扶持和鼓励国内风电制造业的发展, 使国内风电市场的发展进入到一个高速发展的阶段。中国2006 年新增装机1347MW, 比以前翻了一番还多,比2005 年增加106. 4%, 2006 年风电累计装机为2604MW, 是世界第6 大市场; 中国2007 年新增装机3304MW, 比2006 年增加126. 9%, 2007 年风电累计装机为5908MW, 是世界第 5 大市场; 中国2008 年新增装机6 300MW, 比2007 年增加106. 6%, 2008 年风电累计装机为12210MW, 是世界第4 大市场。自从2006 年 1 月1 日开始实施可再生能源法后, 2006 年中国风电市场稳步发展, 2007 年提前3a 实现了2010 年中国风电5000MW 的发展目标。并且2008 年新增装机容量超过了2007 年以前装机容量的总和。 目前, 随着 5 可再生能源法 6 的实施和一系列有关可再生能源政策的出台, 中国的风电开发势头迅猛, 主要表现在以下几个方面：( 1) 风电建设规模不断扩大, 管理逐步规范到2006 年底, 中国已建和在建的风电场约91 个, 装机总容量达到2604MW; 到2007 年底, 全国已建和在建的风电场约158 个, 装机总容量达到5908MW; 到2008 年底, 全国风电装机总容量达到12210MW。而“十一五”国家风电发展规划中要求2010 年全国风电装机容量达到5000MW, 2020 年全国风电装机容量达到30000MW。单个风电场工程规模从过去的10MW 左右发展到目前最大的300MW; 风电场工程规划从过去的几万千瓦级发展到目前的百万千瓦级、千万千瓦级风电基地。同时,有关部门正组织编制有关风电前期、建设和运行规程, 风电场管理在逐步走向规范化。( 2) 风电设备制造能力不断增强中国风