【摘要】：隨著人類科技水平的不斷進(jìn)步,精密電測(cè)量技術(shù)的不斷發(fā)展,越來越多的用電設(shè)備對(duì)供電質(zhì)量提出了更為嚴(yán)苛的要求。這其中高品質(zhì)的交流標(biāo)準(zhǔn)源在電力電子行業(yè),尤其是在研發(fā)機(jī)構(gòu)、儀表檢定、芯片測(cè)試等場(chǎng)合更是不可或缺。目前這些高品質(zhì)的交流標(biāo)準(zhǔn)源主要依賴于國(guó)外進(jìn)口,國(guó)內(nèi)的交流電源輸出精度低、穩(wěn)定性差、帶負(fù)載能力較弱,與國(guó)外同類型產(chǎn)品相比有一定的差距。為此本文設(shè)計(jì)了高精度程控交流電壓源,憑借其杰出的性價(jià)比提升國(guó)產(chǎn)化產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)力,具有應(yīng)用推廣價(jià)值。通過對(duì)國(guó)內(nèi)外交流電壓源產(chǎn)品進(jìn)行對(duì)比分析,針對(duì)國(guó)內(nèi)產(chǎn)品的不足,本文提出了一種解決方案,該方案主要對(duì)交流電壓源系統(tǒng)的控制電路和功率放大電路進(jìn)行了研究和分析。為了提高控制質(zhì)量,本文設(shè)計(jì)了串級(jí)控制系統(tǒng)。控制電路由串級(jí)控制系統(tǒng)的主回路和副回路組成,以P控制器和高性能反饋網(wǎng)絡(luò)為核心的副回路主要用來穩(wěn)定系統(tǒng)的輸出,以STM32F415RGT6、高精度的AD轉(zhuǎn)換器、低通濾波器和DA轉(zhuǎn)換器為核心的主回路主要用來保證系統(tǒng)的輸出精度。功率放大電路是整個(gè)設(shè)計(jì)的重點(diǎn)和難點(diǎn)之一,為了獲得足夠的電路帶寬和較高的瞬態(tài)響應(yīng),本文設(shè)計(jì)了以音頻功放器件為主的甲乙類功率放大電路。為了最大化獲取控制電路的輸出信號(hào),首先設(shè)計(jì)了以音頻功率放大器LM3886為核心的功放輸入級(jí)電路;其次為了確保輸入信號(hào)不失真,設(shè)計(jì)了以三極管為主的甲乙類功放偏置電路;然后根據(jù)音頻功放管自身的特性曲線和系統(tǒng)對(duì)輸出電流的要求,設(shè)計(jì)了全對(duì)稱的功放電路上下臂;最后針對(duì)系統(tǒng)輸出電壓幅值范圍的要求,本設(shè)計(jì)采取了多抽頭變壓器升壓的方式來實(shí)現(xiàn)寬范圍輸出電壓。除了對(duì)整個(gè)系統(tǒng)控制電路和功放電路的研究外,本文對(duì)第三代頻率合成技術(shù)(直接數(shù)字頻率合成技術(shù),DDS)也進(jìn)行了深入的研究和分析,并基于此技術(shù)產(chǎn)生了正弦波信號(hào),確保了信號(hào)頻率的準(zhǔn)確性。同時(shí)設(shè)計(jì)了在Linux工業(yè)平板電腦上運(yùn)行的Qt人機(jī)交互界面,可通過以太網(wǎng)與交流電壓源進(jìn)行通訊。在本文末尾,對(duì)交流電壓源樣機(jī)的輸出范圍(幅值和頻率)、輸出幅值的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性、輸出頻率的精度、帶負(fù)載能力和過載與短路保護(hù)功能進(jìn)行了實(shí)際測(cè)試,結(jié)果表明各項(xiàng)指標(biāo)和功能全部滿足設(shè)計(jì)要求。
【學(xué)位授予單位】：南昌大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：TM46
【圖文】：

3、 提高了系統(tǒng)的工作頻率，改善了系統(tǒng)的控制質(zhì)量和單回路控制系統(tǒng)相比，在相同衰減系數(shù)的情況下，串級(jí)控制系統(tǒng)的工作頻率高于單回路系統(tǒng)的工作頻率，這等價(jià)于操作周期和過渡過程的時(shí)間縮短了，因而控制質(zhì)量得到了改善[18]。4、 串級(jí)控制系統(tǒng)具有一定的自適應(yīng)能力整個(gè)控制過程不可避免地存在一些非線性因素，如負(fù)荷的變化。在串級(jí)控制系統(tǒng)中，由負(fù)荷變化引起的副回路各環(huán)節(jié)參數(shù)的變化幾乎不影響系統(tǒng)的控制質(zhì)量，原因有兩點(diǎn)：其一，由式(2.7)可知對(duì)象的等效增益 2′= 2 2(1 + 2 2 2 )，一般 2 2 2 1，因此對(duì)等效增益的影響不大，故副回路能自動(dòng)克服這類非線性因素的影響，保持原有的控制質(zhì)量；其二，副回路是一個(gè)隨動(dòng)系統(tǒng)，負(fù)荷發(fā)生變化時(shí)，主回路控制器將改變其輸出值，副控制器快速跟蹤，及時(shí)精確地控制副參數(shù)，保證了控制品質(zhì)。所以串級(jí)控制系統(tǒng)具有一定的自適應(yīng)能力[19]。根據(jù)上述對(duì)串級(jí)控制系統(tǒng)的理論分析以及本實(shí)驗(yàn)室多年來對(duì)其深入的研究，分析論證后，決定設(shè)計(jì)“數(shù)字主回路+模擬副回路”的串級(jí)控制系統(tǒng)，實(shí)際的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖 2.3 所示。

可行性強(qiáng)，降低了開發(fā)難度，縮短了開發(fā)周期。STM32F415RGT6 最小系統(tǒng)的設(shè)計(jì)一款單片機(jī)，要想讓其穩(wěn)定工作就首先得設(shè)計(jì)該單片機(jī)的最2F415RGT6 也不例外。STM32F415RGT6 的最小系統(tǒng)包括：電、時(shí)鐘電路、下載調(diào)試電路和啟動(dòng)電路這五部分[22]。STM32 的電源供電，通過一個(gè)能產(chǎn)生 3.3V 電壓的 LDO 進(jìn)行供電，不做具體分析，在 3.6 節(jié)會(huì)詳細(xì)探究。該芯片需要低電平信號(hào)采用了經(jīng)典的 RC 復(fù)位電路，由于不需要手動(dòng)復(fù)位只需要實(shí)需設(shè)計(jì)復(fù)位按鈕。時(shí)鐘電路采用 8MHz 的無源晶振方便倍頻計(jì)兩個(gè)小電容這樣可以起到濾波的作用，消除晶振波形中的振兩端并聯(lián)一個(gè) 1M 的電阻，主要有兩個(gè)作用：一是保證與部的放大器工作在高增益的線性區(qū)，二是限流的作用，防止反驅(qū)動(dòng)，損壞晶振。啟動(dòng)方式設(shè)計(jì)成用戶閃存存儲(chǔ)器啟動(dòng)，故設(shè)計(jì)成低電平。下載調(diào)試電路為了節(jié)約主控芯片 IO 口采用系統(tǒng)硬件電路如圖 3.1 所示。

2、 以太網(wǎng)控制器 ENC28J60 外圍電路的設(shè)計(jì)如圖3.2所示為ENC28J60的外圍電路圖，ENC28J60的工作頻率為25MHz，需要在 OSC1 和 OSC2 引腳之間接入 25MHz 的晶振，其工作電壓和STM32F415RGT6 都是 3.3V，因此可以直接將兩者的 SPI 口對(duì)接，MCU 可以通過 SPI 對(duì)以太網(wǎng)控制器內(nèi)部寄存器進(jìn)行讀寫[25]。圖 3.2 以太網(wǎng)通訊電路

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