《汽车节能控制系统设计》由会员分享，可在线阅读，更多相关《汽车节能控制系统设计（60页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、本 科 毕 业 设 计题目：汽车节能超高速飞轮控制系统设计专业班级：车辆工程081班学 号：07047119学生姓名：王 雷指导教师：王玉新2012年 6 月 18日中国石油大学（华东）本科毕业设计汽车节能超高速飞轮控制系统设计摘 要本课题主要通过研究超高速飞轮的控制系统设计，在国内外现有控制技术的基础上实现超高速飞轮的具体工作过程。在汽车行驶过程中，控制系统要实现超高频驱动电机控制飞轮的能量释放过程，制动能量的回收过程；压力检测以及温度检测。主要基于51单片机的控制系统设计，包括超高频驱动电机的SPWM调速控制，真空泵压力检测控制，温度检测控制等具体内容，而超高速飞轮工作的整个控制过程需要有
2、调速电路，压力检测电路，和温度检测电路等去实现相关的控制，针对每个控制过程编写控制程序，根据程序结合仿真软件实现各个部分的51单片机仿真过程。 超高速飞轮的控制实现了整个系统的工作过程，利用飞轮释放能量来减少汽车发动机的功率输出和汽车制动过程中利用飞轮回收制动能量，使得汽车行驶过程中达到了节能减排的目的，所以超高速飞轮在汽车中的应用将是未来的一个主要发展方向。关键词：超高速飞轮；控制系统；电路；单片机仿真Control system design of the ultra high speed flywheel saving energy for a carABSTRACTThis subje
3、ct is mainly by studying ultra high speed flywheel control system design, on the basis of the domestic and foreign existing control technology, realizing the working process of ultra high speed flywheel. When the car is running, the control system realizes the process of high frequency drive motor t
4、o control flywheel energy releasing, the brake energy recovery, pressure detection and temperature detection. Mainly based on 51 single chip control system design, Including UHF drive motor SPWM speed control, vacuum pump pressure control, temperature detection control and so on, the whole control p
5、rocess of Ultra high speed flywheel work needs speed regulation circuit, a pressure detecting circuit, and a temperature detection circuit to realize the related control, For each control process, Write control program, according to the procedure, combining with the simulation software to realize th
6、e process of each part of the 51chip simulation. The control of Ultra high speed flywheel achieves the whole system work process, Using the flywheel energy release to less engine power output and using the flywheel to recovery brake energy when the car is braking, saving energy and decrease emission
7、 when the car is running. So the ultra high speed flywheel is a major development of future in the application of the car.Keywords: Ultra high speed flywheel; Control system; Circuit; Single chip microcomputer simulation目 录第1章 前 言11.1 超高速飞轮的课题目的11.2超高速变频飞轮的国内外现状21.3 超高速变频飞轮的目前存在的问题以及如何解决问题21.4超高速变频飞
8、轮的未来发展方向31.5 本文研究的主要内容3第2章 超高速飞轮控制系统功能42.1超高速飞轮控制系统的要求42.2 超高速飞轮控制系统实现的功能42.2.1 发动机储能42.2.2 超高频驱动电机调速62.2.3 飞轮释放能量72.2.4 制动能量的回收82.2.5 真空泵的压力检测102.2.6 温度检测112.3 小结11第3章 控制系统的组成123.1 电路元器件简介及功能123.1.1 AT89C51单片机简介123.1.2 LM7805线性稳压源143.1.3 7407简介143.1.4SA4828简介153.1.5 TLP250驱动电路153.1.6 IGBT功用163.2 控制
9、系统的PROTEL电路设计163.2.1 飞轮转速传感器的数字显示电路163.2.2 调速电路173.2.3 真空泵压力检测电路183.2.4 温度检测电路193.3 小结20第4章 控制系统仿真214.1 仿真软件设计214.1.1 Keil C51简介214.1.2 PROTEUS 软件简介224.1.3 仿真实现过程224.2 PROTEUS仿真结果224.3 控制系统流程结构图264.4 小结27第5章 结论285.1 控制系统设计总结285.2 个人总结285.3 超高速飞轮未来前景29致 谢30参考文献31附 录34附录A34附录B37附录C41附录D47附录E50附录F55中国石
10、油大学（华东）本科毕业设计第1章 前 言1.1 超高速飞轮的课题目的 随着世界能源危机和环境污染问题的日益严重，人们对汽车节能和减排的要求越来越高，采用储能飞轮进行汽车功率和能量的调节是一种有效的解决办法。近年来高强度的复合材料、低功耗磁轴承、先进的电力电子控制等一系列关键技术的发展，使得飞轮储能系统在汽车上的应用成为可能。详细介绍了飞轮储能系统的结构、原理和特点，总结了飞轮储能技术在汽车上的应用发展现状，指出了车用高速飞轮储能系统的应用存在的关键问题，为进一步研究提供参考。由于原油储量的不断减少和汽车尾气排放对环境污染的日益严重，能量储存和再利用技术已成为一个世界性问题。储能飞轮具有使用寿命
11、长、储能密度高的优点，在储能量一定的情况下，其质量比超级电容更轻、体积更小，因而更加有利于在汽车上布置安装。而 Flybrid Systems LLP公司研制的超高速飞轮，飞轮质量仅为5kg，极限转速60000rpm,最大功率60kw,最大扭矩130牛米，最大储能400千焦，系统总重量仅为24kg，广泛应用于F1赛车1。KERS整体结构如图11所示。图1-1 KERS整体结构图1.2超高速变频飞轮的国内外现状美国、德国、日本等发达国家对飞轮储能技术的开发和应用比较多。日本已经制造出在世界上容量最大的变频调速飞轮蓄能发电系统(容量26.5MVA ,电压1100V ,转速510690r/min ,
12、转动惯量710t·；m2) 。美国马里兰大学也已研究出用于电力调峰的24kwh的电磁悬浮飞轮系统。飞轮重172.8kg, 工作转速范围11, 61046, 345rpm, 破坏转速为48, 784rpm, 系统输出恒压110240V , 全程效率为81%。经济分析表明, 运行3 年时间可收回全部成本。飞轮储能技术在美国发展得很成熟,他们制造出一种装置,在空转时的能量损耗达到0. 1 %每小时。欧洲的法国国家科研中心、德国的物理高技术研究所、意大利的SISE均正开展高温超导磁悬浮轴承的飞轮储能系统研究。目前国内从事与飞轮研究相关的单位有:清华大学工程物理系飞轮储能实验室、华北电力大学
13、、北京飞轮储能柔性研究所(由中科院电工所、天津核工业理化工程研究院等组成) 、北京航空航天大学、南京航空航天大学、中国科大、中科院力学所、东南大学、合肥工业大学等,主要集中在小容量系列，其中，北航针对航天领域研制的“姿控/储能两用磁悬浮飞轮”已获得2007年国家技术发明一等奖。华北电力大学和中国科学院电工研究所、河北省电力局合作, 已经开始就电力系统调峰用飞轮储能系统的课题进行研究, 预计能够取得可喜的成果。1.3 超高速变频飞轮的目前存在的问题以及如何解决问题目前国内外超高速飞轮中有一个内置电机，它既是电动机也是发电机。在充电时候，作为电动机给飞轮加速，在放电时候，它又作为发电机给外设供电，
14、此时飞轮的转速不断下降；而飞轮空闲运转时，整个装置则以最小损耗运行。内置电机它没能解决飞轮释放能量的具体控制过程，这也是问题存在的关键所在。驱动电机调速方案具体过程如下：在此结构的基础上进行改进，将超高频驱动电机接在CVT的一个输入端，利用超高频驱动电机对CVT进行调速，驱动电机的转速变化控制了CVT转速的变化快慢，从而解决了飞轮转速变化的控制过程。而详细的控制过程将在接下来的章节进行介绍。KERS系统结构如图12所示。图1-2 KERS系统结构图1.4超高速变频飞轮的未来发展方向由于超高速飞轮的体积和质量相对来说较小，储能密度较高，在现有的技术水平和大众可以接受的价格范围内，可以在未来的汽车
15、上广泛应用，有效地减少了发动机的功率输出，同时既节能又减排。在当前能源短缺的情况下，如果超高速飞轮能够广泛应用到小型汽车上，这将大大解决能源短缺问题。 1.5 本文研究的主要内容本文所研究的内容是利用超高频驱动电机SPWM调速从而控制飞轮转速的变化，实现飞轮的释放能量和制动能量的回收过程以及利用发动机给飞轮储能。除此之外，飞轮真空腔的真空度也是本文的一个重点，超高速飞轮在真空环境下工作，以降低风阻损耗，降低飞轮的摩擦升温效果，所以利用真空泵去实现真空腔的标准真空度以及真空腔中的压力检测是飞轮工作过程的主要环节。磁悬浮轴承利用磁流体去密封，在高速工作过程中，磁流体的温度会升高，因此，本文主要对磁流体正常工作状态条件下的一个温度检测。3中国石油大学（华东）本科毕业设计第2章 超高速飞轮控制系统功能2.1超高速飞轮控制系统的要求超高速飞轮的的控制过程是飞轮工作过程的一个重要环节，一套完整的控制系统对飞轮的工作过程
