众所周知,我国是一个农业用水大国,然而水资源利用率却较低,与一些发达国家相比,还相去甚远。进入新世纪以来,我们农业灌溉逐渐朝着自动化、信息化的方向发展,灌区灌溉用水的效率得到了很大的提高,节水灌溉思想深入人心。在这指导思想下,灌区阀门等设备正在积极改善与建设中,目的是把现有的由人工控制的灌溉系统逐渐朝着自动化控制方向转变。灌区渠道的自动控制是灌区能够实现自动化、信息化的基础,其中,阀门又是渠道控制系统中的一个最基本单元。因此,本文在研究了目前国内外现有的智能一体化阀门运行机制和控制方法后,结合我国现有农渠、斗渠现状,提出了一种用于管道节水灌溉中可调度的一体化阀门研究与开发。首先,本文通过对一体化阀门的研究意义以及国内外发展趋势进行了分析,说明该研究的必要性。其次,介绍了系统的主要结构以及系统建模,并结合PSIM仿真验证模型的可行性。系统建模主要包含电源模块建模与一种基于滑模观测器的直流电机无速度传感器控制方法的数学建模。电源系统建模主要是实现供电模块光伏电池板的MPPT控制,无速度传感器控制方法实现了在无位置传感器时阀门任意开度的调节控制。随后,设计出一款基于STM32F103C8T6芯片的一体化阀门控制器,硬件电路包含主电路中变压器、电感、电容的设计,A/D采样、调理电路、功率开关管(MOSFET)驱动电路、电机驱动电路、电机电流采样及保护电路、辅助电源、RS485通讯电路及CPU最小系统等电路设计。软件部分包括主程序设计、PWM配置、AD中断、RS485通讯、主控程序的编写以及算法优化处理等。最后,通过了实验验证,测试结果表明本论文所设计的一体化阀门控制器实现集光伏电源管理、阀门任意开度的调节控制、物联网通讯的目标。
基本信息
题目 | 用于管道节水灌溉中可调度的一体化阀门研究与开发 |
文献类型 | 硕士论文 |
作者 | 刘鑫 |
作者单位 | 扬州大学 |
导师 | 史旺旺,薛桂宏 |
文献来源 | 扬州大学 |
发表年份 | 2020 |
学科分类 | 农业科技,信息科技 |
专业分类 | 农业工程,计算机硬件技术,自动化技术 |
分类号 | TP368.1;S274;TP273 |
关键词 | 节水灌溉,直流电机,无速度传感,阀门控制 |
总页数: | 69 |
文件大小: | 7653K |
论文目录
摘要 |
Abstract |
第一章 绪论 |
1.1 课题背景及研究意义 |
1.2 体化阀门的国内外发展趋势 |
1.3 论文主要研究内容 |
第二章 系统总体方案与系统建模 |
2.1 系统总体设计方案 |
2.2 电源系统建模 |
2.2.1 DC/DC变换器的设计 |
2.2.2 BOOST DC/DC变换器原理分析 |
2.2.3 BOOST DC/DC变换器数学建模与仿真 |
2.2.4 DC/DC变换器的MPPT控制策略 |
2.2.5 DC/DC变换器的MPPT仿真实验 |
2.3 直流电机控制策略 |
2.3.1 直流电机的无速度传感器控制 |
2.3.2 参数校准 |
2.3.3 误差分析 |
2.3.4 仿真验证 |
2.4 本章小结 |
第三章 阀门控制器的硬件设计 |
3.1 BOOST电路设计 |
3.1.1 BOOST电路电感设计 |
3.1.2 BOOST电路电容设计 |
3.2 CPU电路设计 |
3.2.1 CPU最小系统 |
3.2.2 CPU基本外围电路设计 |
3.3 系统供电电源电路设计 |
3.4 MOS管驱动电路设计 |
3.5 电机驱动电路设计 |
3.6 信号调理电路设计 |
3.7 RS485通讯电路设计 |
3.8 开关量电路设计 |
3.9 本章小结 |
第四章 软件设计 |
4.1 开发平台介绍 |
4.2 主控程序的设计 |
4.4 A/D采样及中断程序设计 |
4.5 PWM输出设计 |
4.6 串口通讯软件设计 |
4.7 MPPT控制 |
4.8 上位机界面的搭建 |
4.9 本章小结 |
第五章 系统调试及结果 |
5.1 调试系统介绍 |
5.2 AD采样测试实验 |
5.3 MOSFET管驱动电路测试实验 |
5.4 RS485测试实验 |
5.5 光伏系统MPPT控制实验 |
5.6 直流电机任意角度调节实验验证 |
5.7 本章小结 |
第六章 总结与展望 |
6.1 全文总结 |
6.2 研究工作展望 |
参考文献 |
致谢 |
参考文献
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