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基于DSP控制的电镀开关电源研究

作　者: 严玉银
导　师: 王宝忠
学　校: 江苏科技大学
专　业: 信号与信息处理
关键词: 电镀开关电源软开关移相全桥PWM 模糊自适应PID ZVS DSP
分类号: TN86
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

电镀是材料加工的重要工艺技术,其应用范围遍及工业、农业、军事、化工等各个重要领域,而电镀电源是电镀加工设备的核心部分。本文简单介绍了电镀电源的发展历程,分析了电镀电源的国内外研究现状及发展趋势。电镀电源经历了4代发展:直流发电机组、不可控硅整流器、可控硅整流器以及高频开关逆变电源。随着电力电子技术、控制技术和器件的发展,制约开关电源发展的瓶颈已被打破,新一代的电镀电源——高频开关电源成为国内外学者和企业研究和开发的热点。软开关技术是克服前三种电镀电源过于笨重庞大,容易产生电磁干扰的重要手段。微处理器的出现促进了电力电子变换器的控制技术从传统的模拟控制向数字控制的转变,数字控制不仅可使控制电路大为简化,而且能提高系统的抗干扰能力、控制灵活性、通用性以及智能化程度。为了克服常规PWM硬开关控制技术的缺陷,本文选用移相全桥ZVS PWM DC/DC变换器作为本系统的主变换电路,大大降低了功率开关器件的开关损耗,提高了电镀电源的效率。详细分析了该拓扑结构的工作原理及其工作过程,并深入探讨了该拓扑结构的几个关键问题。硬件电路设计采用TI公司的DSP芯片TMS320F2812作为核心控制器,设计了TMS320F2812的核心电路、功率变换电路、反馈信号调理电路、键盘与显示电路、PWM驱动电路及过温、过流、过压保护电路等。控制技术方面,针对传统PID控制策略动态性能不理想等缺陷,本文在研究了传统PID和模糊控制基本原理的基础上,设计了模糊自适应PID控制器并利用MATLAB进行仿真论证。经过验证,实验结果和理论仿真结果基本一致,证明了本文研究的正确性。

全文目录

摘要  2-3
Abstract  3-11
第1章绪论  11-17
  1.1 电镀电源的发展历史  11-12
  1.2 电镀开关电源国内外的发展概况及趋势  12-15
    1.2.1 电镀开关电源国内外的发展概况  12-13
    1.2.2 电镀开关电源的发展趋势  13-15
  1.3 课题的来源、内容及意义  15-17
    1.3.1 课题来源与意义  15
    1.3.2 课题研究的主要内容  15-17
第2章开关电源的原理与分析  17-32
  2.1 开关电源的基本原理和组成  17-18
  2.2 开关电源的功率变换电路  18-20
    2.2.1 开关电源功率变换电路选型  18-19
    2.2.2 高频变压器模型  19-20
  2.3 移相全桥ZVS 变换器工作原理与过程分析  20-27
    2.3.1 移相全桥ZVS 变换器工作原理  20
    2.3.2 移相全桥ZVS 变换器工作过程分析  20-26
    2.3.3 超前臂和滞后臂实现ZVS 的条件  26-27
  2.4 移相全桥ZVS 变换器中两个关键问题的研究  27-30
    2.4.1 副边占空比丢失  27-30
    2.4.2 变压器原边直流分量  30
  2.5 本章小结  30-32
第3章模糊自适应PID 控制器的设计  32-44
  3.1 PID 控制工作原理及特点  32-35
    3.1.1 PID 控制工作原理  32-34
    3.1.2 电镀开关电源PID 参数整定的原则  34-35
    3.1.3 PID 控制器的优点及局限性  35
  3.2 模糊控制理论基础及特点  35-39
    3.2.1 模糊控制的理论基础  35-38
    3.2.2 模糊控制的优点及局限性  38-39
  3.3 电镀电源的模糊自适应PID 控制器设计  39-43
    3.3.1 模糊自适应PID 控制器原理  39
    3.3.2 输入输出变量模糊化  39-41
    3.3.3 模糊控制规则库的设计  41-42
    3.3.4 模糊推理与解模糊化  42-43
  3.4 本章小结  43-44
第4章电镀开关电源硬件电路设计  44-59
  4.1 DSP 控制器  44-46
    4.1.1 TMS320F2812 芯片介绍  44-45
    4.1.2 TMS320F2812 核心电路  45-46
  4.2 功率变换及驱动电路  46-49
    4.2.1 功率变换电路  46-47
    4.2.2 驱动电路  47-49
  4.3 电源保护电路  49-53
    4.3.1 过热保护电路  50-51
    4.3.2 过压欠压保护电路  51-52
    4.3.3 过流保护电路  52-53
  4.4 采样电路  53-55
    4.4.1 电流采样电路  53-54
    4.4.2 电压采样电路  54
    4.4.3 电压电流给定电路  54-55
  4.5 键盘控制电路  55
  4.6 显示电路  55-56
  4.7 辅助电源电路  56-58
  4.8 本章小结  58-59
第5章电镀开关电源的软件设计  59-75
  5.1 控制系统主程序设计  59-60
  5.2 初始化程序设计  60-61
  5.3 键盘与显示程序设计  61-65
    5.3.1 键盘程序  61-62
    5.3.2 显示程序  62-65
  5.4 中断保护程序设计  65-66
  5.5 闭环控制程序设计  66-73
    5.5.1 采样程序  67-70
    5.5.2 模糊自适应 PID 调节程序  70
    5.5.3 PWM 驱动程序  70-73
  5.6 看门狗的使用  73
  5.7 本章小结  73-75
第6章仿真及实验结果  75-81
  6.1 仿真结果及分析  75-77
  6.2 实验波形及结果分析  77-79
  6.3 本章小结  79-81
结论  81-83
参考文献  83-87
致谢  87-88
详细摘要  88-92

基于DSP控制的电镀开关电源研究

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