基于LabVIEW的波浪能量采集控制系统研究

论文摘要

在各类绿色清洁环境能源中,海洋波浪能具有能量密度大、能源分布广泛等特点,因此,海洋波浪能采集成为科学家们研究的热点问题。要保证在不同波浪条件下波能采集系统都能达到最优效率,需要进行各种参数的测量和控制。因此,开发测控系统平台对加速海洋波浪能的开发应用具有较重要的理论意义和工程实用价值。论文结合NI CompactRIO嵌入式系统与LabVIEW软件平台,研制了一套波浪能量采集控制系统,并就相关基本算法进行了验证。主要研究工作如下:对波浪能量测控系统进行了需求分析与总体设计,设计了相关测控电路模块,研制了相应的硬件系统;对波能采集结构进行了整体结构的动力学建模,对能量转换结构进行了电磁学建模,为波能采集结构优化和最大功率控制策略等算法提供依据;利用LabVIEW编写了系统的相关软件模块,包括数据采集模块、数据存储模块、数据回放模块与PWM电流控制模块;研究了利用加速度传感器所测数据计算波高参数的频域积分方法以及基于模糊PID算法的PWM充电电流控制方法。最后,通过试验验证了以上两种方法的有效性。论文提出的测控系统方案,既能保证控制的实时性,又具有很好的可视性;既能观察控制中各中间参数,又有利于控制算法的修改和调试。该系统将为后续进行波能采集系统开发提供便捷有效的研发平台。

论文目录

• 摘要
• abstract
• 注释表
• 缩略词
• 第一章 绪论
•   1.1 研究背景与意义
•     1.1.1 研究背景
•     1.1.2 研究意义
•   1.2 波浪能发电技术和国内外研究现状
•     1.2.1 波浪能发电技术
•     1.2.2 波浪能发电技术的国内外研究现状
•   1.3 波浪能量测控系统的国内外研究现状
•   1.4 虚拟仪器介绍
•     1.4.1 虚拟仪器的概念
•     1.4.2 虚拟仪器的发展历史
•   1.5 本论文的主要研究内容及章节安排
• 第二章 测控系统的需求分析和系统总体设计
•   2.1 需求分析
•   2.2 系统总体结构设计
•   2.3 系统的硬件配置
•     2.3.1 加速度传感器浮标
•     2.3.2 霍尔电流传感器
•     2.3.3 信号调理电路
•     2.3.4 NI CompactRIO嵌入式系统
•   2.4 多浮筒直驱式波浪能采集装置的结构
•   2.5 基于PWM的电流控制电路
•   2.6 本章小结
• 第三章 波浪能量采集控制系统相关理论研究
•   3.1 多浮筒直驱式波浪能量采集装置的数学模型
•     3.1.1 多浮筒直驱式波浪能量采集装置的动力学模型
•     3.1.2 直线电机换能结构的电磁学模型
•   3.2 直驱式波浪能发电系统的最大功率控制对比分析
•     3.2.1 幅值控制策略
•     3.2.2 幅值相位控制策略
•     3.2.3 闭锁控制策略
•   3.3 模糊PID控制算法
•     3.3.1 PID控制
•     3.3.2 模糊控制
•     3.3.3 模糊PID控制算法
•   3.4 本章小结
• 第四章 系统软件设计及算法实现
•   4.1 系统软件结构设计框图
•   4.2 系统软件平台介绍
•     4.2.1 系统开发环境介绍
•     4.2.2 LabVIEW软件平台介绍
•     4.2.3 CompactRIO系统开发流程介绍
•   4.3 系统软件设计
•     4.3.1 FPGA端程序设计
•     4.3.2 RT端程序设计
•     4.3.3 Host端程序设计
•     4.3.4 数据存储与数据回放
•   4.4 加速度传感器浮标的解算
•   4.5 基于模糊PID控制算法的PWM电流控制策略
•   4.6 本章小结
• 第五章 波浪能采集控制系统的实验与分析
•   5.1 加速度传感器浮标测波实验
•   5.2 基于模糊PID控制算法的PWM电流控制实验
•     5.2.1 实验平台
•     5.2.2 实验结果与分析
•   5.3 本章小结
• 第六章 总结与展望
•   6.1 全文总结
•   6.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 在学期间的研究成果及发表的学术论文

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 任思敏

导师: 陈仁文

关键词: 波浪能,能量采集,虚拟仪器,模糊控制,电流控制

来源: 南京航空航天大学

年度: 2019

分类: 基础科学,工程科技Ⅱ辑,信息科技

专业: 海洋学,新能源,自动化技术

单位: 南京航空航天大学

基金: 国家自然科学基金项目51675265

分类号: P743.2;TP273

DOI: 10.27239/d.cnki.gnhhu.2019.000612

总页数: 88

文件大小: 2914K

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