基于嵌入式目标模块的太阳能LED照明控制系统研究[2]

　　根据图2 和图3 模型进行MPPT 控制仿真，设置额定功率300W 的光伏阵列模型在不同时刻改变光照强度分别为900、800、700、1000W/m2 作为动态光照扰动，环境温度设定为25℃，仿真波形如图4所示。

　　图4(a)中，在光照强度快速变化时，光伏阵列输出电压只有微弱波动，而输出电流变化明显，与理想MPPT 跟踪效果完全吻合;电流波形动态响应时间短、稳态波动小，体现出很好的控制性能。图4(b)中，系统从开始运行经过一段时间即稳定运行在最大功率点附近，当光照强度剧烈变化时，能快速准确运行在新的最大功率点处;波形中同一光照强度下的运行点变化范围较小，充分解决了干扰观测法在最大功率点附近反复振荡扰动和光照剧烈变化出现误判断的问题。

　　基于Simulink 建立如图5 的LED 负载放电电路模型，系统中VS1、VS2、CS1、CS2 分别为电压、电流传感器，电路将蓄电池经Boost 电路升压后接LED 负载，控制程序利用图1 所示控制算法根据采样数据最终输出PWM 脉宽信号作用于MOSFET 以实现系统控制。

　　设置LED 启动参考电流为0. 5A，在0. 6s 时改变参考电流为0. 6A 进行系统动稳态性能仿真，其负载电压电流波形如图6 所示。

　　图6 中，LED 启动电流不带有尖峰，可充分保护其免遭因尖峰电压导致瞬间过流而造成的损坏。在改变参考电流后，输出电流波形超调很小，动态响应相对较快，稳态精度较高。

　　根据以上模型，采用300W 光伏电池、蓄电池组和50W LED 灯构建实际系统，建立系统主电路和TMS320F2812 控制板，采用嵌入式目标模块生成控制代码［8］，最终由DSP 实现系统控制，系统MPPT运行和LED 负载启动时电压电流实验波形如图7所示。

　　图7(a)的波形为在光照强度发生剧烈变化时光伏阵列输出电压电流实验波形。波形在光照发生剧烈变化时，光伏阵列输出电压微弱变化，但电流发生明显变化，充分体现MPPT 控制算法能快速准确地进行控制，动态响应较快，稳态误差较小。

　　LED 灯负载属于半导体器件，瞬间过压或过流就会导致损毁，因此实验中控制好启动过程，尽可能减小电压尖峰、电流毛刺尤为重要。图7(b)中设定LED 灯启动时参考电流值为0. 4A，波形显示LED负载在启动时平滑稳定，没有电压尖峰和电流毛刺产生，可保证LED 灯安全稳定运行，控制性能较为理想。

　　基于以上研究，太阳能LED 照明控制器实际装置如图8 所示。