随着割草技术的发展,传统割草机噪声大,尾气污染严重和操作人员劳动强度大等方面的缺点,渐渐地被节能环保型割草产品所取代。本文以太阳能割草机为研究对象,在对光伏发电系统深入研究的基础上,设计研制了一台太阳能割草机。具体内容包括:(1)本文对组成光伏发电系统的各元器件进行了独立地、深入地研究与分析,主要包括光伏电池的工作特性及其关键性因素的分析,蓄电池的种类与性能的比较,电机类型的选择以及最大功率点追踪的控制原理与常用算法的使用。此外,在光伏电池工程用数学模型的基础上,搭建了其仿真模型并进行了仿真分析,模拟出了光伏电池的I-V和P-V特性曲线图。仿真结果显示:光伏电池的光伏特性曲线呈现非线性,光照条件和电池温度直接影响到光伏电池的短路电流和开路电压。(2)本文剖析了恒定电压法、扰动观察法和电导增量法的控制思想,在综合比较其各自优缺点的基础上,提出了一套改进型扰动观察算法。该算法改进了恒定电压法的忽略温度的影响及其追踪效率低的缺点;改进了扰动观察法追踪慢,跟踪方向容易错误的缺点;改进了电导增量法中追踪步长不可调整的缺点,控制思想简单,易于硬件的实现,适用于小型独立光伏发电系统的工况。(3)本文以改进型扰动观察法作为光伏发电系统的控制策略,以PIC系列单片机作为光伏发电系统控制器的控制核心,以Buck电路作为控制主电路,辅以信号检测电路、驱动电路和电源电路,设计研制了一台光伏发电控制器。该控制器具有人机交互功能,能够人为的进行控制参数的设置,实现最大功率输出。(4)本文对太阳能割草机的机械结构进行了合理化的设计,对光伏发电系统中的动力元件参数进行了选型。太阳能割草机的驱动方式为后轮驱动,电力驱动系统为电机,减速器和差速器为一体的结构简单,成本较低的系统;蓄电池的质量大,考虑其对整机稳定性的影响,将其放置在整机偏后,座椅的下方;悬架系统采用的是非独立悬架常用的,结构简单、使用可靠的钢板弹簧和弹簧与橡胶缓冲杆组成的减震器,前后桥上各有两块钢板弹簧和车架刚性连接;光伏电池板安放在整机的上方,在尽可能接收阳光照射的同时,为驾驶员遮阳;割草电机安放在距离地面最近的车架底盘上,便于进行割草作业;车架的设计参考了人体舒适驾乘姿势和中国成年人人体尺寸的国家标准GB-10000-88,确定了车架的整体尺寸。动力元件选型中,对光伏电池功率、蓄电池容量和驱动电机功率进行了设计计算和校核。(5)本文在对割草机械和光伏发电理论充分理解的前提下,研制了 一台太阳能割草机的试验样机,并对样机进行试验。实验结果验证了机械结构和动力元件的正确性、新型扰动观察法的可行性和软硬件设计的合理性。