本文關(guān)鍵詞：基于FPGA的雙超聲振子壓縮驅(qū)動(dòng)電源系統(tǒng)設(shè)計(jì)

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【摘要】：纖維素燃料能源是屬于新能源的一種,可以通過(guò)農(nóng)作物秸稈經(jīng)過(guò)粉碎與壓縮得到,可以彌補(bǔ)我國(guó)能源緊張的局面,化解我國(guó)能源需求緊張的危機(jī),不但符合當(dāng)今社會(huì)發(fā)展的需求,而且還可以大大降低我國(guó)大氣污染指數(shù)。本課題意識(shí)到傳統(tǒng)的壓縮成型環(huán)節(jié)技術(shù)不夠完善,壓縮出來(lái)的生物質(zhì)壓塊體積過(guò)大,導(dǎo)致運(yùn)輸和儲(chǔ)存成本過(guò)高,于是提出利用一臺(tái)超聲電源同時(shí)驅(qū)動(dòng)兩個(gè)性能參數(shù)相同或相近的超聲振子,其中一個(gè)可以移動(dòng)的,另一個(gè)固定在工作臺(tái)。利用工作臺(tái)與工具頭同步振動(dòng)的雙超聲振子壓縮系統(tǒng),以減小壓塊的體積。此壓縮系統(tǒng)的研究包括以下內(nèi)容：首先本論文在對(duì)超聲波電源的工作原理進(jìn)行充分分析的基礎(chǔ)上,設(shè)計(jì)以FPGA為控制核心的雙超聲振子壓縮驅(qū)動(dòng)電源總體方案,對(duì)電源各個(gè)模塊進(jìn)行做了詳細(xì)的設(shè)計(jì),確定了以電流和相位組合頻率跟蹤法作為本課題的雙超聲振子壓縮驅(qū)動(dòng)電源的頻率跟蹤方法。其次本論文在確定雙超聲振子壓縮驅(qū)動(dòng)電源總體方案的基礎(chǔ)上,確定了超聲電源的匹配網(wǎng)絡(luò)并對(duì)所選用的串聯(lián)匹配網(wǎng)絡(luò)做了詳盡的說(shuō)明。對(duì)電源的輸出高頻變壓器進(jìn)行了詳細(xì)的參數(shù)設(shè)計(jì)以及其繞制做了詳細(xì)的介紹。然后對(duì)驅(qū)動(dòng)電源在調(diào)試過(guò)程所需的動(dòng)態(tài)電感進(jìn)行詳盡的設(shè)計(jì)。最后本論文對(duì)雙超聲振子壓縮驅(qū)動(dòng)電源控制電路進(jìn)行了詳細(xì)的介紹,確定了變步長(zhǎng)電流最大值掃頻思想和相位差原理頻率自動(dòng)跟蹤方案。還有對(duì)A/D采樣模塊、輸出功率調(diào)節(jié)模塊等FPGA硬件模塊進(jìn)行詳細(xì)的設(shè)計(jì)。完成了人機(jī)交互界面系統(tǒng)設(shè)計(jì),其中包括人機(jī)界面和通信協(xié)議。然后在對(duì)FPGA核心板進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)的基礎(chǔ)上,創(chuàng)建Nios Ⅱ軟核及SOPC系統(tǒng),使觸摸屏與FPGA之間能進(jìn)行良好的通信。接著對(duì)驅(qū)動(dòng)電源各個(gè)模塊進(jìn)行PCB板設(shè)計(jì)并進(jìn)行裝箱,最后通過(guò)壓縮裝置對(duì)電源進(jìn)行檢驗(yàn)。第一,分別在無(wú)超聲、單超聲與雙超聲的情況下,對(duì)不同壓縮時(shí)間壓縮得到生物質(zhì)壓塊的體積大小進(jìn)行對(duì)比；第二,在不同壓縮時(shí)間與輸入電壓下,雙超聲對(duì)壓塊的體積的影響。最后對(duì)工藝參數(shù)進(jìn)行正交實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明了雙超聲對(duì)減少生物質(zhì)壓塊體積有很大作用,進(jìn)而證實(shí)了一臺(tái)超聲電源能良好地驅(qū)動(dòng)兩個(gè)超聲振子,其運(yùn)行狀態(tài)和頻率自動(dòng)跟蹤效果良好,達(dá)到本課題的要求。
【關(guān)鍵詞】：雙超聲振子 FPGA 超聲電源 頻率自動(dòng)跟蹤 壓縮
【學(xué)位授予單位】：廣東工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TN791;TK16
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-14
• 第一章 緒論14-24
• 1.1 課題研究背景及意義14-18
• 1.1.1 課題研究背景14-15
• 1.1.2 課題研究的意義15-18
• 1.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)18-22
• 1.2.1 超聲波驅(qū)動(dòng)電源的國(guó)外研究現(xiàn)狀18-19
• 1.2.2 超聲波驅(qū)動(dòng)電源的國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀19-20
• 1.2.3 超聲波驅(qū)動(dòng)電源的應(yīng)用現(xiàn)狀20-22
• 1.3 課題研究的主要內(nèi)容22-24
• 1.3.1 課題來(lái)源22
• 1.3.2 課題研究?jī)?nèi)容22-23
• 1.3.3 課題擬解決的關(guān)鍵問(wèn)題23-24
• 第二章 雙超聲壓縮驅(qū)動(dòng)電源總體方案24-34
• 2.1 超聲波電源的工作原理24-25
• 2.2 雙超聲振子壓縮裝置介紹以及其驅(qū)動(dòng)電源的原理25-28
• 2.2.1 雙超聲壓縮裝置原理25-26
• 2.2.2 雙超聲振子壓縮驅(qū)動(dòng)電源的工作原理26-28
• 2.3 雙超聲振子壓縮驅(qū)動(dòng)電源頻率跟蹤方案的確定28-33
• 2.4 本章小結(jié)33-34
• 第三章 雙超聲振子驅(qū)動(dòng)電源硬件電路設(shè)計(jì)34-53
• 3.1 調(diào)功電路的設(shè)計(jì)34-38
• 3.2 高頻逆變電路的設(shè)計(jì)38-43
• 3.2.1 半橋逆變電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)分析39
• 3.2.2 功率開(kāi)關(guān)元器件的選擇39-40
• 3.2.3 功率開(kāi)關(guān)管吸收回路的選型及元件參數(shù)計(jì)算40-43
• 3.3 驅(qū)動(dòng)電路選型及設(shè)計(jì)43-46
• 3.3.1 驅(qū)動(dòng)電路的選型43-44
• 3.3.2 驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)44-46
• 3.4 保護(hù)電路設(shè)計(jì)46-48
• 3.4.1 欠過(guò)流保護(hù)電路設(shè)計(jì)47
• 3.4.2 過(guò)溫保護(hù)電路設(shè)計(jì)47-48
• 3.5 反饋電路的設(shè)計(jì)48-52
• 3.5.1 電流和電壓采樣電路設(shè)計(jì)48-49
• 3.5.2 真有效值轉(zhuǎn)換電路設(shè)計(jì)49-50
• 3.5.3 電壓電流采樣信號(hào)處理與整形電路設(shè)計(jì)50-51
• 3.5.4 A/D轉(zhuǎn)換電路設(shè)計(jì)51-52
• 3.6 本章小結(jié)52-53
• 第四章 雙超聲振子壓縮驅(qū)動(dòng)電源輸出高頻變壓器及換能器匹配網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)53-71
• 4.1 高頻變壓器的制作53-62
• 4.2 超聲換能器結(jié)構(gòu)和特性分析以及其匹配網(wǎng)絡(luò)選型62-68
• 4.3 動(dòng)態(tài)電感的設(shè)計(jì)68-70
• 4.4 本章小結(jié)70-71
• 第五章 雙超聲振子壓縮驅(qū)動(dòng)電源控制電路設(shè)計(jì)71-89
• 5.1 FPGA相關(guān)介紹71-72
• 5.2 雙超聲振子壓縮驅(qū)動(dòng)電源的FPGA控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)72-81
• 5.2.1 雙超聲振子壓縮驅(qū)動(dòng)電源的FPGA控制系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)72
• 5.2.2 A/D采樣電路模塊設(shè)計(jì)72-74
• 5.2.3 數(shù)字鑒相器模塊設(shè)計(jì)74-75
• 5.2.4 頻率跟蹤模塊設(shè)計(jì)75-78
• 5.2.5 掃頻模塊設(shè)計(jì)78-80
• 5.2.6 輸出功率調(diào)節(jié)模塊設(shè)計(jì)80-81
• 5.2.7 欠過(guò)流及溫度保護(hù)模塊設(shè)計(jì)81
• 5.3 雙超聲振子驅(qū)動(dòng)電源的FPGA控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)81-84
• 5.3.1 SOPC系統(tǒng)技術(shù)的介紹81-82
• 5.3.2 NIOS Ⅱ軟核設(shè)計(jì)82-83
• 5.3.3 NIOS Ⅱ軟核外設(shè)IP設(shè)計(jì)83-84
• 5.4 雙超聲振子壓縮驅(qū)動(dòng)電源人機(jī)交互界面系統(tǒng)設(shè)計(jì)84-88
• 5.4.1 人機(jī)交互界面設(shè)計(jì)85-86
• 5.4.2 人機(jī)交互通信協(xié)議設(shè)計(jì)86-88
• 5.5 本章小結(jié)88-89
• 第六章 雙超聲振子壓縮驅(qū)動(dòng)電源系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析89-103
• 6.1 實(shí)驗(yàn)平臺(tái)介紹89-93
• 6.1.1 超聲振動(dòng)系統(tǒng)之超聲振子性能參數(shù)介紹89-92
• 6.1.2 整個(gè)雙超聲振子壓縮系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)裝置介紹92-93
• 6.2 雙超聲振子壓縮驅(qū)動(dòng)電源試驗(yàn)波形輸出93-97
• 6.3 雙超聲振子壓縮驅(qū)動(dòng)電源試驗(yàn)97-99
• 6.4 雙超聲振子壓縮生物質(zhì)工藝實(shí)驗(yàn)99-100
• 6.4.1 電源輸入電壓對(duì)壓塊體積的影響99-100
• 6.4.2 壓縮時(shí)間對(duì)壓塊體積的影響100
• 6.5 實(shí)驗(yàn)工藝參數(shù)的正交實(shí)驗(yàn)100-102
• 6.6 本章小結(jié)102-103
• 結(jié)論與展望103-105
• 參考文獻(xiàn)105-110
• 攻讀學(xué)位期間發(fā)表論文110-112
• 致謝11

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本文編號(hào)：546580