發(fā)布時(shí)間：2017-04-06 15:22

  本文關(guān)鍵詞：基于STM32的單細(xì)胞電動(dòng)進(jìn)樣數(shù)字化電源設(shè)計(jì)及控制方法研究，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：隨著計(jì)算機(jī)及嵌入式微處理器技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用,數(shù)字化控制開(kāi)始進(jìn)入開(kāi)關(guān)電源控制領(lǐng)域。與模擬控制技術(shù)相比,數(shù)字控制技術(shù)具有許多優(yōu)點(diǎn),例如,數(shù)字控制不僅能夠?qū)崿F(xiàn)較為復(fù)雜的控制算法,而且能夠?qū)崿F(xiàn)電源系統(tǒng)工作狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)控,還能實(shí)現(xiàn)電源參數(shù)靈活設(shè)定、電源故障的在線診斷等。嵌入式微處理器的外部設(shè)備資源豐富及處理速度快等優(yōu)勢(shì)使得其被廣泛應(yīng)用于單細(xì)胞電動(dòng)進(jìn)樣數(shù)字化電源的設(shè)計(jì)和研發(fā)之中。數(shù)字化縮短了單細(xì)胞電動(dòng)進(jìn)樣數(shù)字化電源控制電路的設(shè)計(jì)研發(fā)周期,只需修改程序代碼就能實(shí)現(xiàn)控制算法的改進(jìn)和升級(jí)。因此,單細(xì)胞電動(dòng)進(jìn)樣電源的數(shù)字化設(shè)計(jì)已成為當(dāng)前設(shè)計(jì)的一大熱點(diǎn)。本文依托于國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目“一種多分析模式多功能的微流控芯片單細(xì)胞分析儀的研制(批準(zhǔn)號(hào)：21327007)”,針對(duì)單細(xì)胞電動(dòng)進(jìn)樣數(shù)字化電源的輸出電壓紋波系數(shù)小、輸出電壓范圍寬且可調(diào)等性能指標(biāo)要求和特點(diǎn),本文研制出了一種基于STM32的單細(xì)胞電動(dòng)進(jìn)樣數(shù)字化電源,以提高電源的輸出電壓范圍、靈活性、精度和降低輸出電壓紋波系數(shù)。本文研制的數(shù)字化開(kāi)關(guān)電源具有以下特點(diǎn)：(1)成本低廉,結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單；(2)采用]正負(fù)對(duì)稱倍壓整流電路,能有效抑制輸出電壓紋波；(3)能夠?qū)崿F(xiàn)較寬范圍電壓(160V-630V)輸出且可調(diào)；(4)采用STM32嵌入式微處理器實(shí)現(xiàn)數(shù)字化控制。本文研究的重點(diǎn)內(nèi)容及取得的成果主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：(1)對(duì)開(kāi)關(guān)電源的基本工作原理及主電路半橋拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)工作原理進(jìn)行了詳細(xì)的分析；同時(shí)對(duì)電流、電壓的雙閉環(huán)PID控制策略進(jìn)行了研究,在此基礎(chǔ)上對(duì)開(kāi)關(guān)電源的穩(wěn)壓控制進(jìn)行探索。(2)研究了單細(xì)胞電動(dòng)進(jìn)樣數(shù)字化電源系統(tǒng)控制策略,重點(diǎn)研究了BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)與PID算法相結(jié)合的復(fù)合控制方法。首先介紹了常規(guī)PID控制理論及模擬PID、數(shù)字PID控制系統(tǒng),并給出了PID參數(shù)整定過(guò)程及規(guī)律,結(jié)合常規(guī)PID控制,研究了一種BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和PID相結(jié)合的復(fù)合控制算法,以克服了PID參數(shù)調(diào)節(jié)過(guò)程復(fù)雜的問(wèn)題,從而實(shí)現(xiàn)PID參數(shù)的自整定；還將本文研究的控制算法與常規(guī)PID控制方法進(jìn)行了仿真對(duì)比,仿真結(jié)果表明,本文研究的控制算法能有效改善系統(tǒng)超調(diào),提升系統(tǒng)動(dòng)態(tài)和穩(wěn)態(tài)性能。(3)給出了單細(xì)胞電動(dòng)進(jìn)樣數(shù)字化電源樣機(jī)的硬件設(shè)計(jì)過(guò)程,同時(shí)給出各模塊硬件電路原理圖及高頻變壓器等關(guān)鍵模塊參數(shù)的計(jì)算公式。(4)開(kāi)發(fā)完成了單細(xì)胞電動(dòng)進(jìn)樣數(shù)字化電源樣機(jī)的軟件設(shè)計(jì),深入闡述了互補(bǔ)對(duì)稱的兩路PWM控制信號(hào)、PID穩(wěn)壓控制及輸出隔離采樣的軟件實(shí)現(xiàn)過(guò)程。(5)通過(guò)對(duì)穩(wěn)壓控制策略進(jìn)行深入的理論分析及仿真研究,研制了基于STM32的單細(xì)胞電動(dòng)進(jìn)樣數(shù)字化電源樣機(jī),并對(duì)其性能指標(biāo)進(jìn)行了上電測(cè)試。通過(guò)對(duì)研制的樣機(jī)電源在空載及帶載、輸入電壓突變兩種情形下的示波器測(cè)試波形分析,驗(yàn)證了本文所研究電源在抵御外界干擾情況下的可靠性及穩(wěn)定性。
【關(guān)鍵詞】：數(shù)字化電源 電動(dòng)進(jìn)樣 單細(xì)胞 PID STM32
【學(xué)位授予單位】：廣西師范大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類(lèi)號(hào)】：TN86
【目錄】：

• 摘要3-5
• Abstract5-9
• 第1章 緒論9-15
• 1.1 選題的背景與意義9-10
• 1.1.1 選題的背景9-10
• 1.1.2 選題的意義10
• 1.2 本文所研究數(shù)字化電源的國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)分析10-13
• 1.2.1 單細(xì)胞電動(dòng)進(jìn)樣數(shù)字化電源主電路拓?fù)溲芯楷F(xiàn)狀11
• 1.2.2 STM32數(shù)字化控制的研究現(xiàn)狀11
• 1.2.3 STM32控制應(yīng)用現(xiàn)狀11-12
• 1.2.4 單細(xì)胞電動(dòng)進(jìn)樣數(shù)字化電源的發(fā)展趨勢(shì)分析12-13
• 1.3 課題研究的主要內(nèi)容13-15
• 第2章 單細(xì)胞電動(dòng)進(jìn)樣數(shù)字化電源總體方案選擇15-25
• 2.1 開(kāi)關(guān)電源基本工作原理及本文研究電源主電路拓?fù)溥x擇15-19
• 2.1.1 開(kāi)關(guān)電源基本工作原理15
• 2.1.2 本文所研制電源的主要性能指標(biāo)15
• 2.1.3 本文所研究電源主電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)選取15-19
• 2.2 主電路半橋拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)工作原理及器件選擇19-23
• 2.2.1 半橋型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的工作原理19-21
• 2.2.2 器件參數(shù)選擇21-22
• 2.2.3 半橋型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的輸出功率分析22-23
• 2.3 本文所研究電源設(shè)計(jì)方案的確定23-24
• 2.3.1 主電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)23
• 2.3.2 本文所研究電源總體原理框圖23-24
• 2.4 本章小結(jié)24-25
• 第3章 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)與PID復(fù)合控制策略及建模仿真研究25-41
• 3.1 本文所研究電源系統(tǒng)控制策略研究25-35
• 3.1.1 常規(guī)PID控制理論及控制系統(tǒng)25-28
• 3.1.2 BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在PID控制中的應(yīng)用28-35
• 3.2 本文所研究電源系統(tǒng)建模與仿真研究35-40
• 3.2.1 基于Matlab/Simulink的單細(xì)胞電動(dòng)進(jìn)樣數(shù)字化電源系統(tǒng)模型建立35-38
• 3.2.2 模型仿真結(jié)果分析38-40
• 3.3 本章小結(jié)40-41
• 第4章 單細(xì)胞電動(dòng)進(jìn)樣數(shù)字化電源硬件電路設(shè)計(jì)41-53
• 4.1 硬件電路總體設(shè)計(jì)原理41
• 4.2 功率主電路設(shè)計(jì)41-48
• 4.2.1 EMI濾波器電路設(shè)計(jì)41-44
• 4.2.2 本文所研究電源主電路設(shè)計(jì)44-45
• 4.2.3 高頻變壓器電路設(shè)計(jì)45-46
• 4.2.4 正負(fù)對(duì)稱倍壓整流電路設(shè)計(jì)46-48
• 4.3 控制電路設(shè)計(jì)48-51
• 4.3.1 控制電路主控芯片STM32F103V8T6功能簡(jiǎn)介48
• 4.3.2 輸出電壓、電流隔離采樣電路設(shè)計(jì)48-50
• 4.3.3 MOSFET驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)50
• 4.3.4 過(guò)壓、過(guò)流保護(hù)電路設(shè)計(jì)50-51
• 4.4 輔助電源電路設(shè)計(jì)51
• 4.5 電路板電磁兼容性(EMC)研究51-52
• 4.6 本章小結(jié)52-53
• 第5章 單細(xì)胞電動(dòng)進(jìn)樣數(shù)字化電源軟件設(shè)計(jì)53-60
• 5.1 STM32嵌入式軟件開(kāi)發(fā)環(huán)境及功能介紹53
• 5.2 軟件總體框架設(shè)計(jì)53-55
• 5.3 電壓、電流A/D采樣及均值濾波模塊程序設(shè)計(jì)55-56
• 5.4 PID穩(wěn)壓控制模塊程序設(shè)計(jì)56-57
• 5.5 互補(bǔ)PWM信號(hào)產(chǎn)生模塊程序設(shè)計(jì)57-58
• 5.6 按鍵及顯示模塊程序設(shè)計(jì)58-59
• 5.7 本章小結(jié)59-60
• 第6章 樣機(jī)調(diào)試及測(cè)試結(jié)果分析60-66
• 6.1 主電路調(diào)試60-63
• 6.1.1 輸入電壓突變情形下輸出電壓的波形分析60-61
• 6.1.2 空載和帶載情形下輸出電壓信號(hào)調(diào)試及分析61-62
• 6.1.3 輸出電壓紋波分析62-63
• 6.2 MOS開(kāi)關(guān)管PWM驅(qū)動(dòng)波形調(diào)試及測(cè)試分析63-65
• 6.2.1 基于Keil軟件的MOS開(kāi)關(guān)管PWM驅(qū)動(dòng)波形仿真分析63-64
• 6.2.2 MOS開(kāi)關(guān)管PWM驅(qū)動(dòng)波形的示波器測(cè)試分析64-65
• 6.3 測(cè)試結(jié)果分析65
• 6.4 本章小結(jié)65-66
• 第7章 總結(jié)與展望66-68
• 7.1 總結(jié)66
• 7.2 展望66-68
• 參考文獻(xiàn)68-70
• 附錄70-71
• 攻讀碩士學(xué)位期間取得的研究成果71-72
• 致謝72-73

【參考文獻(xiàn)】

中國(guó)期刊全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前1條

1 李卓函;孟祥泉;王峰;宋彤;;基于相關(guān)系數(shù)辨識(shí)的PID自整定控制器[J];儀表技術(shù)與傳感器;2011年04期

中國(guó)碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前1條

1 馬成;數(shù)字化高頻逆變電鍍電源的研究[D];華南理工大學(xué);2011年

  本文關(guān)鍵詞：基于STM32的單細(xì)胞電動(dòng)進(jìn)樣數(shù)字化電源設(shè)計(jì)及控制方法研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

本文編號(hào)：289140