等離子清洗技術(shù)作為制造業(yè)中的一種新興的表面處理技術(shù),因其具有的環(huán)保、無害、高效和干燥等優(yōu)點,將逐漸成為表面清洗領(lǐng)域的主流處理手段。論文以等離子清洗電源作為研究對象,重點研究了系統(tǒng)的硬件電路拓撲,高效的寬范圍的調(diào)功策略,模糊PFM控制算法及自適應(yīng)遺傳優(yōu)化算法。(1)論文分析了等離子清洗電源的關(guān)鍵技術(shù)及研究進展,包括放電反應(yīng)器、電路拓撲和控制策略,經(jīng)對比分析選擇“帶旋轉(zhuǎn)式噴嘴的同軸圓柱式反應(yīng)器”作為等離子清洗機的放電槍頭,選擇“前級整流濾波電路+移相全橋串聯(lián)諧振電路”作為系統(tǒng)的主電路拓撲。根據(jù)槍頭及主電路拓撲,分析其等效電路模型、工作時序及模態(tài),提出“PSPWMPFM”混合調(diào)制的控制策略,并通過仿真驗證了該控制策略在理論上的正確性。(2)根據(jù)確定好的系統(tǒng)架構(gòu),論文對等離子清洗電源各模塊的關(guān)鍵電路進行詳細分析和設(shè)計。兼顧低紋波系數(shù)及低電流峰值的要求,對濾波電容和整流橋進行選型;根據(jù)應(yīng)力要求,對移相全橋電路開關(guān)管及隔直電容進行參數(shù)設(shè)計;基于AP法對高頻諧振變壓器進行設(shè)計;以STM32為主控核心,對全橋驅(qū)動電路、參數(shù)采樣及保護電路進行設(shè)計;基于UCC28610電源控制芯片,設(shè)計了準諧振反激輔助電源及高精度降壓電源。(3)論文對比分析各種調(diào)功策略,設(shè)計了PSPWM-PFM混合調(diào)制的控制策略,針對系統(tǒng)易受干擾偏離諧振頻率點的問題,設(shè)計基于模糊PFM的最大功率跟蹤算法,并搭建模型對混合調(diào)制策略及模糊PFM最大功率跟蹤算法進行仿真,驗證了理論分析的正確性;研究對比了常規(guī)及改進型PID算法,設(shè)計了自適應(yīng)遺傳優(yōu)化PID參數(shù)調(diào)節(jié)算法,仿真表明系統(tǒng)的抗干擾性、穩(wěn)態(tài)性能和動態(tài)響應(yīng)速度得到顯著改善;為實現(xiàn)上述算法,分任務(wù)優(yōu)先級編寫了系統(tǒng)的軟件程序,并設(shè)計了人機交互界面。(4)論文研制一臺等離子清洗樣機,并搭建相應(yīng)的實驗平臺。對關(guān)鍵電路點的波形,控制模塊的采樣精度進行測試,實驗結(jié)果與預(yù)期相符;測試對比三種調(diào)制算法,實驗結(jié)果表明:混合調(diào)制算法的綜合效果更具優(yōu)越性,其輸出效率83.0%~95.7%,調(diào)功范圍500W~1000W,輸出功率精度90%~94%;對影響等離子清洗效果的因素進行了測試分析,實驗結(jié)果表明:距離與清洗效果成負相關(guān)關(guān)系,設(shè)定功率和清洗效果成正相關(guān)關(guān)系,玻璃材料相比鋁材料更易被改性。
【學(xué)位單位】：華南理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：TB306;TN86
【部分圖文】：

但由于無法調(diào)頻，難以保證系統(tǒng)始終工作在諧振頻率點附近，導(dǎo)致功率因數(shù)偏低。采用脈沖頻率調(diào)制(PFM)可以控制系統(tǒng)的工作頻率，但其輸出功率受品質(zhì)因數(shù) Q 與工作頻率 f 兩者影響，調(diào)功范圍、輸出穩(wěn)定性和功率因數(shù)三者之間存在矛盾，兩兩之間需要互相妥協(xié)，導(dǎo)致綜合效率不高。因此，本文通過結(jié)合兩種控制方式的優(yōu)點，避開兩種控制方式的缺點，擬采用 PSPWM-PFM 混合調(diào)制的控制方式，第四章將對調(diào)制方式做出詳細闡述。2.4 等離子清洗用諧振電源仿真分析在 MATLAB 軟件中使用 Simulink 對設(shè)計好的移相全橋電路進行仿真分析，如圖 2-17 所示[58-59]。搭建電路仿真模型一方面是為了驗證上述移相全橋軟開關(guān)的電路原理及工作模態(tài)分析是否準確，另一方面是為了通過控制開關(guān)管的驅(qū)動信號，研究適合等離子清洗用諧振電源的控制策略。

蜂鳴器發(fā)出響聲，紅燈亮，屏幕顯示對應(yīng)的報警信息。其界面如圖3-15 所示。圖 3-15 人機交互模塊圖3.6 本章小結(jié)本章按照模塊化的思想，分別對功率模塊、控制模塊、輔助電源模塊和人機交互模塊四個模塊進行分析和設(shè)計：(1) 考慮輸出紋波和整流橋電流峰值及有效值的大小，選取了前級整流橋及濾波電容；根據(jù)移相全橋的電流峰值、工作頻率、工作溫度等選取了功率開關(guān)管，同時考慮所選開關(guān)管的導(dǎo)通損耗和開關(guān)損耗是否滿足要求；根據(jù)初級電壓脈沖的下降量，選取了隔直電容；根據(jù)等離子清洗用諧振電源的工作特性選取了高頻諧振變壓器的磁芯材料，根據(jù) AP 法選擇了變壓器骨架，根據(jù)輸入輸出關(guān)系、磁通密度和工作頻率確定了變壓器匝數(shù)，根據(jù)電流有效值并考慮集膚效應(yīng)確定了變壓器的線徑。(2) 根據(jù) IGBT 的驅(qū)動電壓、電流拖尾效應(yīng)和移相控制方式，設(shè)計了 IGBT 驅(qū)動電路；根據(jù)等離子清洗用諧振電源系統(tǒng)需要采集的關(guān)鍵參數(shù)，分別設(shè)計了電網(wǎng)電壓、初級電流、次級電壓、次級電流、槍頭電機工作狀態(tài)、氣體氣壓和工作溫度等信號采集和保護電路；并將主控核心及其片內(nèi)資源的使用和分配情況列舉出來。

圖 4-6 模糊控制規(guī)則三維輸出曲面圖，還需要對輸出量 C 進行解模糊化，轉(zhuǎn)換成實際調(diào)制。本文采用重心法進行解模糊，其公式為：11( )( )ni iiniiU UcU 控制器的輸出量，Ui為輸出量對應(yīng)隸屬函數(shù)區(qū)[93]。結(jié)果分析搭建模型，對上述混合調(diào)制算法和基于模糊 PF
【參考文獻】

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本文編號：2875881