[[alternative]]GUI design for photovoltaic systems

碩士[[abstract]]「科技始終來自於人性」是人人耳熟能詳的一句話，其強調使用者操作的便利性及明瞭易懂的觀念，大大影響了消費產品的設計以及科學與工程研究成果之展示。良好的人性化介面不僅方便使用，而且可提供使用者更深刻的體驗。本文針對太陽能供電系統，包含太陽能發電系統與三種電源轉換器，建立Simulink模組，並設計人性化介面，提供相關研究者進行模擬測試以及整合擴充。[[abstract]]Ever since the presence of the famous slogan, "Human Technology", the concept of user-friendly has, no doubt, been greatly enhanced in the design of consumer products, and the presentation of scientific and engineering works. A good human interface not only provides a friendly interactive way of operation, but also enables people to sense or realize something more in depth. In this paper, a graphical user interface (GUI) is designed for simulation of a photovoltaic system and three kinds of power converters. For each of the systems a Simulink module is established. Along this work, it is easy to extend.[[tableofcontents]]目錄 中文摘要............................................................................................................I 英文摘要..........................................................................................................II 目錄.................................................................................................................III 圖目錄..............................................................................................................V 表目錄.............................................................................................................IX 第一章緒論 ..................................................................................................... 1 1.1 研究動機 .................................................................................... 1 1.2 研究概況 .................................................................................... 2 1.3 論文架構 .................................................................................... 3 第二章背景知識 ............................................................................................. 4 2.1 太陽能板電路模型與特性曲線 ................................................ 4 2.2 最大功率追蹤方法介紹 ............................................................ 9 2.3 電源轉換器之種類與元件參數之選擇 .................................. 11 第三章 MATLAB 人機介面與Simulink 環境設計方法 ............................ 14 3.1 GUI 介紹 ................................................................................... 14 3.2 GUI 介面程式設計 ................................................................... 16 3.2.1 GUI 函數編輯 ............................................................. 17 3.3 Simulink 簡介 ............................................................................ 30 3.4 GUI 結合Simulink 設計方法 .................................................. 35 第四章介面功能測試 ................................................................................... 39 4.1 主目錄介面功能介紹 .............................................................. 39 4.2 單一太陽能板模擬器介面功能介紹 ...................................... 40 4.3 電源轉換器模組模擬器介面功能介紹 .................................. 46 4.4 最大功率追蹤模擬器介面功能介紹 ...................................... 57 第五章結論與未來研究方向 ....................................................................... 62 參考文獻 ......................................................................................................... 63 圖目錄 圖 2.1 太陽能電池的等效電路 ................................................................... 5 圖2.2 照度固定、溫度改變的太陽能板SP75 特性曲線圖 ..................... 8 圖2.3 溫度固定、照度改變的太陽能板SP75 特性曲線圖 ..................... 8 圖2.4 太陽能板最大功率點 ....................................................................... 9 圖2.5 功率迴授控制法 ............................................................................. 10 圖2.6 電源轉換器的等效電路 ................................................................. 11 圖3.1 握把式圖形階層關係 ..................................................................... 15 圖3.2 握把式階層範例 ............................................................................. 16 圖3.3 程式設計系統架構圖 ..................................................................... 17 圖3.4 (a)MATLAB 視窗(b) M-file 視窗 .................................................. 18 圖3.5 程式宣告撰寫方法 ......................................................................... 19 圖3.6 position 屬性定義 ........................................................................... 20 圖3.7 uipanel 屬性定義 ............................................................................. 21 圖3.8 uipanel 視窗範圍大小 ..................................................................... 21 圖3.9 uicontrol 屬性定義 .......................................................................... 23 圖3.10 uicontrol 按鈕範圍大小 .................................................................. 23 圖3.11 圖軸設計方法 ................................................................................. 24 圖3.12 圖軸介面 ......................................................................................... 24 圖3.13 get 全部屬性名稱 ........................................................................... 25 圖3.14 查詢背景顏色屬性值 ..................................................................... 25 圖3.15 set 背景顏色及標題名稱 ............................................................... 26 圖3.16 匯入圖片設計方法 ......................................................................... 27 圖3.17 GUI 呈現結果 ................................................................................. 27 圖3.18 CallBack 設計方法 ......................................................................... 28 圖3.19 未觸發CallBack 時 ........................................................................ 29 圖3.20 已觸發CallBack 時 ........................................................................ 29 圖3.21 (a)Command Window 視窗(b)Simulink Library Browser 視窗 .... 30 圖3.22 Simulink 模組物件選擇視窗 ......................................................... 31 圖3.23 方法一 ............................................................................................. 32 圖3.24 方法二 ............................................................................................. 32 圖3.25 方法三 ............................................................................................. 32 圖3.26 Simulink 新視窗 ............................................................................. 32 圖3.27 元件內部參數設定圖 ..................................................................... 33 圖3.28 方塊配置圖 ..................................................................................... 34 圖3.29 方塊間的連結 ................................................................................. 34 圖3.30 PID 控制系統範例 ......................................................................... 35 圖3.31 PID 控制系統之Simulink 方塊圖 ................................................. 36 圖3.32 GUI 下之參數設定 ......................................................................... 37 圖3.33 Simulink 下參數之匯入 ................................................................. 37 圖3.34 GUI 與Simulink 模擬結果之比較 ................................................ 38 圖4.1 主目錄介面所含項目 ..................................................................... 39 圖4.2 主目錄介面 ..................................................................................... 40 圖4.3 單一太陽能板模擬器流程圖 ......................................................... 40 圖4.4 單一太陽能板模擬器介面 ............................................................. 41 圖4.5 範例(SP75)人機介面 ...................................................................... 43 圖4.6 範例(SP75)Simulink 模組 .............................................................. 44 圖4.7 太陽能模組特性曲線 ..................................................................... 45 圖4.8 使用者設定人機介面 ..................................................................... 45 圖4.9 電源轉換器模組範例模擬器介面 ................................................. 46 圖4.10 電源轉換器模組客製化模擬器介面 ............................................. 46 圖4.11 電源轉換器模組範例模擬器流程圖 ............................................. 48 圖4.12 降壓型電源轉換器範例介面 ......................................................... 49 圖4.13 降壓型電源轉換器模組 ................................................................. 49 圖4.14 PID 控制之降壓型電源轉換器介面 ............................................. 50 圖4.15 降壓型電源轉換器PID 控制之Simulink 模組 ........................... 51 圖4.16 模糊控制之降壓型電源轉換器介面 ............................................. 52 圖4.17 降壓型電源轉換器模糊控制之Simulink 模組 ............................ 52 圖4.18 電源轉換器模組客製化模擬器流程圖 ......................................... 53 圖4.19 降壓型電源轉換器客製化 ............................................................. 54 圖4.20 電感值匯入Simulink 元件 ............................................................ 54 圖4.21 降壓型電源轉換器結合PID 客製化 ............................................ 55 圖4.22 降壓型電源轉換器結合客製化模糊控制器 ................................. 56 圖4.23 修改Fuzzy 元件名稱 ..................................................................... 56 圖4.24 最大功率追蹤模擬器人機介面 ..................................................... 57 圖4.25 最大功率追蹤範例模擬器介面 ..................................................... 59 圖4.26 最大功率追蹤Simulink 模組 ........................................................ 60 圖4.27 日照變化 ......................................................................................... 60 圖4.28 輸出電壓 ......................................................................................... 61 圖4.29 輸出功率 ......................................................................................... 61 表目錄 表 2.1 太陽能板SP75 電器規格(1 kW /m2 , 25°C ) .................................... 7 表2.2 電源轉換器元件參數設計公式 ..................................................... 13 表3.1 RGB 顏色表 .................................................................................... 22[[note]]學號: 698460051, 學年度: 10