本文關(guān)鍵詞：超聲波生物處理全閉環(huán)系統(tǒng)的研究，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：超聲波應(yīng)用于生物處理方面是近幾年來生物處理領(lǐng)域的重大發(fā)現(xiàn),超聲波利用其空化效應(yīng)、熱效應(yīng)對生物液進(jìn)行細(xì)胞的破碎、激發(fā)細(xì)胞活性、增加酶的活性、提取蛋白質(zhì)和多糖以及促進(jìn)滲透。現(xiàn)有的超聲波生物處理系統(tǒng)頻率單一,使生物處理效率降低,合適的工作頻率與功率可以提高生物處理的效率。因此,有必要開發(fā)出一種超聲波生物處理全閉環(huán)系統(tǒng),能將生物處理的效率最優(yōu)化。本文在前人的基礎(chǔ)上對超聲波生物處理過程如何實現(xiàn)全閉環(huán)進(jìn)行研究。采集生物液處理的濃度變化率,進(jìn)行最優(yōu)頻率的選擇,將最優(yōu)頻率設(shè)置為系統(tǒng)的工作頻率,實現(xiàn)系統(tǒng)的全閉環(huán)控制。在頻率自動跟蹤的研究上采用數(shù)字PI調(diào)節(jié)器與全數(shù)字鎖相環(huán)相結(jié)合的方式,頻率出現(xiàn)大偏差時采用PI調(diào)節(jié)器,而在工作頻率與諧振頻率偏差不大時采用全數(shù)字鎖相環(huán)進(jìn)行頻率自動跟蹤,采用stm32+FPGA的控制芯片組合。在功率控制的設(shè)計上,采用積分分離式梯形PI調(diào)節(jié)器防止積分飽和產(chǎn)生的系統(tǒng)振蕩,采用MATLAB對系統(tǒng)建模仿真。在對各個部分實現(xiàn)方案的詳細(xì)分析基礎(chǔ)上,設(shè)計了基于UC3842的穩(wěn)壓電路、斬波器電路、逆變器主電路、高頻變壓器及匹配電感,并對具體參數(shù)進(jìn)行了選型設(shè)計�？刂齐娐贩矫�,設(shè)計了鑒相采樣電路、基于AD637的功率測量電路、基于IR2110的逆變器驅(qū)動電路、斬波器驅(qū)動電路、保護(hù)電路、濃度信號采樣電路。軟件方面則設(shè)計了頻率跟蹤程序、功率調(diào)節(jié)程序,基于TFTLCD的人機(jī)交互程序。最后,搭建了實驗樣機(jī)對相關(guān)理論設(shè)計進(jìn)行了實驗驗證,測量實驗輸出波形,驗證了設(shè)計電路的合理性和正確性。
【關(guān)鍵詞】：超聲波電源 生物處理 全數(shù)字鎖相環(huán) PI算法 FPGA
【學(xué)位授予單位】：江南大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：R445.1;TB559
【目錄】：

• 摘要3-4
• Abstract4-8
• 第一章 緒論8-12
• 1.1 超聲波及生物處理技術(shù)介紹8-10
• 1.1.1 超聲技術(shù)的發(fā)展歷史8
• 1.1.2 超聲技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀8-9
• 1.1.3 超聲波生物處理技術(shù)9-10
• 1.2 電力電子及控制技術(shù)在超聲電源中的應(yīng)用10-11
• 1.2.1 電力電子技術(shù)的應(yīng)用10
• 1.2.2 智能控制技術(shù)的應(yīng)用10-11
• 1.3 課題的研究意義11
• 1.4 本文主要工作11-12
• 第二章 總體結(jié)構(gòu)框圖及設(shè)計方案12-21
• 2.1 全閉環(huán)系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)框圖及方案總體分析12
• 2.2 穩(wěn)壓電路選擇12-13
• 2.3 逆變電路選擇13
• 2.4 頻率跟蹤方案選擇13-15
• 2.4.1 最大電流反饋法13-14
• 2.4.2 鎖相環(huán)法14-15
• 2.4.3 直接頻率合成法15
• 2.5 功率控制方案選擇15-16
• 2.5.1 直流斬波的基本原理15-16
• 2.5.2 逆變側(cè)調(diào)功16
• 2.6 換能器匹配網(wǎng)絡(luò)選擇16-20
• 2.6.1 調(diào)諧匹配18-19
• 2.6.2 阻抗匹配19-20
• 2.7 本章小結(jié)20-21
• 第三章 超聲波換能器全閉環(huán)研究21-29
• 3.1 全閉環(huán)策略分析21-22
• 3.2 PI控制器分析設(shè)計22
• 3.3 基于MATLAB的PI調(diào)節(jié)器建模仿真22-24
• 3.4 仿真結(jié)果分析24-25
• 3.5 全數(shù)字鎖相環(huán)基本原理25-26
• 3.6 全數(shù)字鎖相環(huán)的實現(xiàn)26-28
• 3.6.1 數(shù)字鑒相器設(shè)計26-27
• 3.6.2 數(shù)字環(huán)路濾波器設(shè)計27
• 3.6.3 加減脈沖控制器27-28
• 3.6.4 分頻器設(shè)計28
• 3.6.5 仿真結(jié)果分析28
• 3.7 本章小結(jié)28-29
• 第四章 超聲波電源功率控制研究29-34
• 4.1 BUCK斬波調(diào)功原理29
• 4.2 超聲波電源恒功率控制原理29-32
• 4.3 超聲波電源功率控制仿真實現(xiàn)32-33
• 4.4 本章小結(jié)33-34
• 第五章 超聲波生物處理主系統(tǒng)設(shè)計實現(xiàn)34-53
• 5.1 主功率電路參數(shù)設(shè)計34-41
• 5.1.1 DC-DC穩(wěn)壓電路設(shè)計34-36
• 5.1.2 斬波器參數(shù)選取36
• 5.1.3 逆變器開關(guān)管選擇36-37
• 5.1.4 RCD吸收電路參數(shù)計算37
• 5.1.5 高頻變壓器設(shè)計37-40
• 5.1.6 串聯(lián)匹配電感的設(shè)計40-41
• 5.2 斬波器驅(qū)動電路41-43
• 5.3 逆變器驅(qū)動電路43-44
• 5.4 基于STM32 的控制電路設(shè)計44-46
• 5.4.1 復(fù)位電路與JTAG接口45
• 5.4.2 啟動配置45-46
• 5.5 系統(tǒng)測量與反饋電路設(shè)計46-51
• 5.5.1 電壓電流采樣電路46-47
• 5.5.2 鑒相電路設(shè)計47-48
• 5.5.3 保護(hù)電路設(shè)計48-49
• 5.5.4 輔助電源設(shè)計49-50
• 5.5.5 人機(jī)交互電路50
• 5.5.6 人機(jī)交互顯示電路50-51
• 5.6 FPGA系統(tǒng)控制系統(tǒng)設(shè)計51-52
• 5.7 濃度信號檢測電路的設(shè)計52
• 5.8 本章小結(jié)52-53
• 第六章 超聲波生物處理系統(tǒng)軟件設(shè)計實現(xiàn)53-60
• 6.1 最優(yōu)頻率的計算選擇53
• 6.2 最優(yōu)指令發(fā)送程序53-54
• 6.3 頻率跟蹤子程序設(shè)計54-56
• 6.4 PI算法程序設(shè)計56-57
• 6.5 功率調(diào)節(jié)子程序57-58
• 6.6 功率給定程序設(shè)計58-59
• 6.7 濃度檢測程序軟件設(shè)計59
• 6.8 本章小結(jié)59-60
• 第七章 實驗結(jié)果與分析60-64
• 7.1 超聲波電源實物樣機(jī)及PCB設(shè)計60-61
• 7.2 實驗波形和數(shù)據(jù)61-63
• 7.3 本章小結(jié)63-64
• 主要結(jié)論與展望64-65
• 主要結(jié)論64
• 展望64-65
• 致謝65-66
• 參考文獻(xiàn)66-68
• 附錄Ⅰ：電路原理圖68-74
• 附錄Ⅱ：作者在攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的論文74

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：357049