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基于FPGA的自调整模糊MPPT控制器设计

作　者: 杨鸿志
导　师: 程泽
学　校: 天津大学
专　业: 控制理论与控制工程
关键词: 自调整模糊控制最大功率点跟踪现场可编程门阵列光伏系统
分类号: TM914.4
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

太阳能作为一种清洁的可再生能源受到越来越多的重视。由于太阳能电池有非线性输出特性,光伏系统的输出电流和电压受到日照强度和温度的影响,当光照强度,温度等条件改变时,光伏电池的最大功率点会有很大的变化,所以研究最大功率跟踪控制问题对提高光伏电池的利用率具有重要的意义。传统MPPT控制算法虽然能使系统工作在最大功率点处,但系统的自适应能力较差。为了提高系统的寻优速度和抗干扰能力,本文用FPGA(Field Programmable Gate Arrays)芯片实现了一种自调整模糊MPPT控制器,提高了MPPT(Maximum Power Point Tracking)控制算法在复杂外部条件下的自适应能力,改善了系统响应速度和稳定性。论文研究了控制器中模糊控制、PWM产生模块、8位数据乘法器及自调整跟踪等功能的FPGA实现方法,并通过Modelsim仿真验证了控制器通过改变PWM占空比对DC-DC电路控制的有效性,同时还利用Matlab/Simulink对自调整模糊控制和P&O(Perturb and Observe)控制进行了对比,仿真结果表明自调整模糊控制比传统的P&O算法的鲁棒性更强,具有良好的动静态性能。最后,用基于FPGA的自调整模糊控制器搭建了实验电路,进行了光伏电池MPPT控制实验,同时还进行了与P&O控制器的对比实验,证明了自调整模糊MPPT控制器有更好的控制效果,能在不同光照条件下使系统稳定工作在最大功率点处,为今后光伏控制系统的SoC设计奠定了基础。

全文目录

中文摘要  3-4
ABSTRACT  4-7
第一章绪论  7-11
  1.1 课题的研究背景  7-9
    1.1.1 国外光伏发电现状和发展趋势  7-8
    1.1.2 国内光伏发电现状和发展趋势  8-9
    1.1.3 我国光伏发电产业发展需要解决的问题  9
  1.2 本课题主要研究内容  9-11
第二章光伏发电原理及MPPT算法  11-22
  2.1 太阳能电池的原理  11-13
    2.1.1 太阳能电池的工作原理  11
    2.1.2 太阳能电池的数学模型  11-13
  2.2 太阳能电池的工作特性分析  13-14
  2.3 光伏发电系统最大功率点跟踪的原理  14-17
    2.3.1 最大功率点跟踪的原理  14-15
    2.3.2 最大功率点跟踪（MPPT）技术的本质  15-17
  2.4 传统MPPT算法方法比较  17-22
第三章自调整模糊控制算法在光伏系统中的仿真设计  22-34
  3.1 自调整模糊控制算法在光伏系统中的应用  22-26
    3.1.1 自调整模糊控制的基本原理及分类  22-24
    3.1.2 光伏系统自调整模糊控制器的设计  24-26
  3.2 自调整模糊MPPT算法的Matlab仿真设计  26-29
    3.2.1 太阳能电池模块的Simulink建模  26-28
    3.2.2 Buck-Boost电路的Simulink建模  28
    3.2.3 PWM脉冲信号产生模块的Simulink建模  28-29
    3.2.4 自调整控制的Simulink仿真  29
  3.3 自调整模糊MPPT算法的MPPT控制系统的仿真  29-32
  3.4 仿真结果与分析  32-34
第四章自调整模糊MPPT控制算法的FPGA程序设计  34-43
  4.1 控制算法各模块的程序设计  34-40
    4.1.1 数据采集模块的FPGA设计  34-36
    4.1.2 模糊MPPT算法的FPGA设计  36-37
    4.1.3 PWM模块的FPGA设计  37-38
    4.1.4 数据乘法器模块的FPGA设计  38
    4.1.5 自调整模糊推理规则的FPGA设计  38-40
  4.2 仿真实验与结果分析  40-43
第五章自调整模糊MPPT系统的硬件电路设计  43-51
  5.1 自调整模糊MPPT控制系统硬件电路总体设计  43
  5.2 DC/DC变换器的设计  43-47
    5.2.1 典型的DC/DC变换电路  44-45
    5.2.2 Buck-boost变换器的工作原理  45-46
    5.2.3 Buck-boost变换器的参数选择  46-47
  5.3 控制电路模块  47-51
    5.3.1 FPGA核心板控制电路功能介绍  47-48
    5.3.2 电压和电流采样电路设计  48-49
    5.3.3 MOSFET驱动电路设计  49-51
第六章实验总结与结论  51-56
  6.1 实验内容及实验步骤  51-52
  6.2 实验数据与结论  52-56
第七章工作总结与展望  56-58
  7.1 工作总结  56
  7.2 展望  56-58
参考文献  58-61
发表论文和科研情况说明  61-62
致谢  62

基于FPGA的自调整模糊MPPT控制器设计

内容摘要

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