基于传统电路的竞速艇动力升级设计

基于传统电路的竞速艇动力升级设计
(五)中期及结题预期目标
中期检查目标：我们通过结合所学电路知识，利用RC电路充放电电压计算公式，选取符合 项目需求的电容规格和合适的电容数量，使充电一分钟后的电容储存的电能可以在比赛全 过程中为电机提供超高功率，使电机高效工作。然后小组合作设计完成可以实现我们方案 效果的电路，做出满足上述实施方案的电路图 结题预计目标：学习使用运用电路仿真软件，预计改装电路效果，做出实际完整电路，熟 练使用遥控器控制电调进而控制电机转动，熟悉电容充放电时分别如何控制开关使用，测 试，观察改装电路与传统电路的实际效果对比
基于传统电路的竞速艇动力升级设计
在此项目中使用电容做电源有以下优势 1、传统电池储存的是化学能，而电容器中储存的是电能，所以相较于传统电池的充放电 速度，电容的充放电速度特别快 2、在此项目中若使用电池做电源那么电源电压上限则被规则锁定，如果使用电容则可以 通过电容串联改装提高电源电压 在此项目中，电容做电源也有局限性 1、电容充电放电速率很快，如果不加以计算确定，选用合适的电容可能导致在行驶过程 中发生因为电压下降导致功率不足从而发生减速的情况 项目主要研究点 1、如何保证在比赛前一分钟的时间内内尽力充满所使用的所有电容器 2、如何保证电容器在比赛过程中提供的电压能够保证电机高效运转
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5. 可编程控制：无刷电调内置微控制 器，可设置各种电机参数，进行PWM调
制、电压调制等控制.
4. 效率高：由于无刷电机控制输出电 流方向的方式相对传统有刷电机更为
便捷，因此效率更高
1. 功耗低：无刷电调比传统有刷电调 节约能耗40%
2. 噪声小：传统有刷电机转子与电刷 接触摩擦会产生噪音，而无刷电机无 需电刷，运行更加安静 3. 寿命长：无刷电机的最大优势在 于寿命长，无刷电机驱动中使用的电 子调速、MOS管等元器件都有着更高 的耐用性和稳定性
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(二)项目研究内容
在这项目中，我们计划使用电容来改进电路 首先，了解电容元件特性，当电容元件上的电压增高时，电场能量增大；在此过程中， 电容元件从电源取用能量(充电)。1/2Cu^2就是电容元件中的电场能量。当电压降低时， 电场能量减小，即电容元件向电源还能量(放电)。可见电容元件也是储能元件 根据RC电路的零状态响应中的 uc计算公式，我们可以得知电容元件充电过程中电容电 压与时间的关系：uc＝U-U^-t/τ 根据RC电路中零输入响应中uc的计算公式，我们可以得知电容元件在放电过程中电压 与时间的关系：uc＝U0e^-t/τ 根据电容这一储能特性，我们可以考虑使用电容替换原电源，即使用电源为电容在赛前 充电，到正式比赛时使用电容放电
基于传统电路的竞速艇动力 升级设计
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01 (一)立项背景 02 (二)项目研究内容 03 (三)实施方案 04 (四)进度安排 05 (五)中期及结题预期目标 06 (六)经费使用计划 07 (七)主要参考文献
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(一)立项背景
竞速项目E1赛道中，竞速船不限定船型可以自由建造自己的船模进行参赛，但只能使用规定 的电路进行参赛，不可改装电路。使用的传统电路，是两节五号南孚电池、开关和电机直接 通过导线串联，用电池直接对电路进行供电。而这种传统电路方式下，电源为电路提供的电 压最高不过3V，因此能提供的功率有限，因此对电机输出功率限制严重 在竞速项目E2赛道中规定了参赛所用的固定船型，电源仍然是两节五号南孚电池，但不限制 电路的其他改装。在比赛正式开始前，船模会有有一分钟的准备时间，这就为提高船速提供 了动力改装条件，我们可以通过改装电路组成，提高输出电压，电流。使得船模获得更大的 推进力 所以我们的立项研究针对E2赛道，旨在在固定船体且原电源大小不变的情况下改装电路，从 而为电路提供更高的输出功率，提高电机转速。获得更大的推进力提高比赛成绩
基于传统电路的竞速艇动力升级设计
3、如何设计电路让电容器可以在并联充电结束后串联放电，且不降低充电速度 4、如何在保证电路在达到目的的情况下，尽量减少电路重量 5、如何减少电路体积，使其符合竞速艇内仓尺寸 6、如何正确组装电路 7、如何使用遥控器控制电机工作
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(三)实施方案
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04，30
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谢谢
结合上面项目中存在的研究点，我们决定拟采用电容组进行充放电代替两节五号南孚电池 作为比赛时的电源，将电池放在电池盒中，引出导线与电容等其他元件相接，将电机、无 刷电调和接收器相连，然后再按照一定方式装入电路 使其实现在充电时，每个电容都与电源单独并联，同时还需保证电流不流过电机，在不改 变电容和电路中电阻大小的情况下，这种方式充电速度最快 在放电时，将电源与电容充电时的用的回路断开，然后通过开关控制使原本彼此并联的电 容们改成串联，充当电源，为电机供电。同时，可以用与接收器对完频的遥控器控制电调 让电机开始工作 电调我们选择使用无刷电调而不使用有刷电调，其优势
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(四)进度安排
2023.10.22-2023.10.30：了解，研究项目做出大体思路，并书写开题报告 2023.10.31-中期检查之前：学习相关电路知识，知道并会运用相关原理，设计出符合项 目要求的电路。能够进行数据计算，了解接收器，电容元件，电调等一系列元件的使用方 法。如果有多余时间提前学习尽力向结题目标靠拢 中期检查后到结题之前：学习电路仿真，能够对设计好的电路进行仿真模拟。反复审视电 路，尽自己所学简化中期设计的电路，尽量做到轻巧简便，对网上购买的元件进行组装， 组装出实际电路，反复进行实物实验，在负载不变的情况下，观察改装电路对比传统电路 的功率提升
Hale Waihona Puke 基于传统电路的竞速艇动力升级设计
(六)经费使用计划
暂无
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(七)主要参考文献
[1] 罗志群，万健如，黄绍伦，等超级电容储能式电梯应用研究电机与控制学报 2015， 19(6)：p56-60 [2] 王野，姜万东，叶佳虹，等一种新型电容模组充电电源设计 电气技术， 2017， 18(5)：p109-112，p116 [3] 冯兴田，张磊，高春侠带超级电容储能的双向 DC/DC 变 换器实验平台电力系统及其自动化学报， 2018， 30(8) p146-149 [4]秦曾煌主编，姜三勇副主编《电工学》p81-101, p286-304 [5]袁鑫，钱嘉梁，陈依瑶，李昊青，蒋晨龙等基于超级电容组的竞速艇设计2020，