本文關鍵詞：基于FPGA的雙超聲振子壓縮驅(qū)動電源系統(tǒng)設計

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【摘要】：纖維素燃料能源是屬于新能源的一種,可以通過農(nóng)作物秸稈經(jīng)過粉碎與壓縮得到,可以彌補我國能源緊張的局面,化解我國能源需求緊張的危機,不但符合當今社會發(fā)展的需求,而且還可以大大降低我國大氣污染指數(shù)。本課題意識到傳統(tǒng)的壓縮成型環(huán)節(jié)技術不夠完善,壓縮出來的生物質(zhì)壓塊體積過大,導致運輸和儲存成本過高,于是提出利用一臺超聲電源同時驅(qū)動兩個性能參數(shù)相同或相近的超聲振子,其中一個可以移動的,另一個固定在工作臺。利用工作臺與工具頭同步振動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：首先本論文在對超聲波電源的工作原理進行充分分析的基礎上,設計以FPGA為控制核心的雙超聲振子壓縮驅(qū)動電源總體方案,對電源各個模塊進行做了詳細的設計,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)動電源總體方案的基礎上,確定了超聲電源的匹配網(wǎng)絡并對所選用的串聯(lián)匹配網(wǎng)絡做了詳盡的說明。對電源的輸出高頻變壓器進行了詳細的參數(shù)設計以及其繞制做了詳細的介紹。然后對驅(qū)動電源在調(diào)試過程所需的動態(tài)電感進行詳盡的設計。最后本論文對雙超聲振子壓縮驅(qū)動電源控制電路進行了詳細的介紹,確定了變步長電流最大值掃頻思想和相位差原理頻率自動跟蹤方案。還有對A/D采樣模塊、輸出功率調(diào)節(jié)模塊等FPGA硬件模塊進行詳細的設計。完成了人機交互界面系統(tǒng)設計,其中包括人機界面和通信協(xié)議。然后在對FPGA核心板進行二次開發(fā)的基礎上,創(chuàng)建Nios Ⅱ軟核及SOPC系統(tǒng),使觸摸屏與FPGA之間能進行良好的通信。接著對驅(qū)動電源各個模塊進行PCB板設計并進行裝箱,最后通過壓縮裝置對電源進行檢驗。第一,分別在無超聲、單超聲與雙超聲的情況下,對不同壓縮時間壓縮得到生物質(zhì)壓塊的體積大小進行對比；第二,在不同壓縮時間與輸入電壓下,雙超聲對壓塊的體積的影響。最后對工藝參數(shù)進行正交實驗。實驗結(jié)果證明了雙超聲對減少生物質(zhì)壓塊體積有很大作用,進而證實了一臺超聲電源能良好地驅(qū)動兩個超聲振子,其運行狀態(tài)和頻率自動跟蹤效果良好,達到本課題的要求。
【關鍵詞】：雙超聲振子 FPGA 超聲電源 頻率自動跟蹤 壓縮
【學位授予單位】：廣東工業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：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 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢18-22
• 1.2.1 超聲波驅(qū)動電源的國外研究現(xiàn)狀18-19
• 1.2.2 超聲波驅(qū)動電源的國內(nèi)研究現(xiàn)狀19-20
• 1.2.3 超聲波驅(qū)動電源的應用現(xiàn)狀20-22
• 1.3 課題研究的主要內(nèi)容22-24
• 1.3.1 課題來源22
• 1.3.2 課題研究內(nèi)容22-23
• 1.3.3 課題擬解決的關鍵問題23-24
• 第二章 雙超聲壓縮驅(qū)動電源總體方案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)動電源的工作原理26-28
• 2.3 雙超聲振子壓縮驅(qū)動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)動電源硬件電路設計34-53
• 3.1 調(diào)功電路的設計34-38
• 3.2 高頻逆變電路的設計38-43
• 3.2.1 半橋逆變電路拓撲結(jié)構分析39
• 3.2.2 功率開關元器件的選擇39-40
• 3.2.3 功率開關管吸收回路的選型及元件參數(shù)計算40-43
• 3.3 驅(qū)動電路選型及設計43-46
• 3.3.1 驅(qū)動電路的選型43-44
• 3.3.2 驅(qū)動電路的設計44-46
• 3.4 保護電路設計46-48
• 3.4.1 欠過流保護電路設計47
• 3.4.2 過溫保護電路設計47-48
• 3.5 反饋電路的設計48-52
• 3.5.1 電流和電壓采樣電路設計48-49
• 3.5.2 真有效值轉(zhuǎn)換電路設計49-50
• 3.5.3 電壓電流采樣信號處理與整形電路設計50-51
• 3.5.4 A/D轉(zhuǎn)換電路設計51-52
• 3.6 本章小結(jié)52-53
• 第四章 雙超聲振子壓縮驅(qū)動電源輸出高頻變壓器及換能器匹配網(wǎng)絡設計53-71
• 4.1 高頻變壓器的制作53-62
• 4.2 超聲換能器結(jié)構和特性分析以及其匹配網(wǎng)絡選型62-68
• 4.3 動態(tài)電感的設計68-70
• 4.4 本章小結(jié)70-71
• 第五章 雙超聲振子壓縮驅(qū)動電源控制電路設計71-89
• 5.1 FPGA相關介紹71-72
• 5.2 雙超聲振子壓縮驅(qū)動電源的FPGA控制系統(tǒng)硬件設計72-81
• 5.2.1 雙超聲振子壓縮驅(qū)動電源的FPGA控制系統(tǒng)總體方案設計72
• 5.2.2 A/D采樣電路模塊設計72-74
• 5.2.3 數(shù)字鑒相器模塊設計74-75
• 5.2.4 頻率跟蹤模塊設計75-78
• 5.2.5 掃頻模塊設計78-80
• 5.2.6 輸出功率調(diào)節(jié)模塊設計80-81
• 5.2.7 欠過流及溫度保護模塊設計81
• 5.3 雙超聲振子驅(qū)動電源的FPGA控制系統(tǒng)軟件設計81-84
• 5.3.1 SOPC系統(tǒng)技術的介紹81-82
• 5.3.2 NIOS Ⅱ軟核設計82-83
• 5.3.3 NIOS Ⅱ軟核外設IP設計83-84
• 5.4 雙超聲振子壓縮驅(qū)動電源人機交互界面系統(tǒng)設計84-88
• 5.4.1 人機交互界面設計85-86
• 5.4.2 人機交互通信協(xié)議設計86-88
• 5.5 本章小結(jié)88-89
• 第六章 雙超聲振子壓縮驅(qū)動電源系統(tǒng)實驗結(jié)果及分析89-103
• 6.1 實驗平臺介紹89-93
• 6.1.1 超聲振動系統(tǒng)之超聲振子性能參數(shù)介紹89-92
• 6.1.2 整個雙超聲振子壓縮系統(tǒng)實驗裝置介紹92-93
• 6.2 雙超聲振子壓縮驅(qū)動電源試驗波形輸出93-97
• 6.3 雙超聲振子壓縮驅(qū)動電源試驗97-99
• 6.4 雙超聲振子壓縮生物質(zhì)工藝實驗99-100
• 6.4.1 電源輸入電壓對壓塊體積的影響99-100
• 6.4.2 壓縮時間對壓塊體積的影響100
• 6.5 實驗工藝參數(shù)的正交實驗100-102
• 6.6 本章小結(jié)102-103
• 結(jié)論與展望103-105
• 參考文獻105-110
• 攻讀學位期間發(fā)表論文110-112
• 致謝11

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本文編號：546580