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基于TMS320F2812的感应加热电源的研究

作　者: 孙起良
导　师: 何宏
学　校: 天津理工大学
专　业: 控制工程
关键词: 感应加热电源 软开关技术 数字 PID 控制 数字锁相环 容性移相 PWM 调功 IGBT
分类号: TM924.01
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要


针对传统感应加热电源多采用硬开关技术和模拟控制电路,不可避免地存在控制精度低、电路复杂、效率低下和元器件易老化等缺点,本文对感应加热电源的容性移相PWM调功和控制系统的软硬件进行了深入研究。通过对逆变器在负载谐振、感性和容性状态下的工作过程的分析,本文选用绝缘栅双极型晶体管(IGBT)作为逆变器开关器件,基于控制器TMS320F2812采用容性移相PWM对输出功率进行实时控制,此方法集合了软开关技术、频率跟踪技术和数字PID控制技术,MATLAB仿真结果证实了该方法能实现电流电压的平稳输出及输出功率的稳定连续调节。本文的主要工作内容如下：1、分析电源的基本结构及它的各组成部分,详细论述负载谐振、感性和容性状态下逆变器的工作过程,对比负载这三种状态下开关器件IGBT的开通和关断情况,选择容性移相PWM调功方式去控制逆变器工作,实现软开关与输出功率的稳定实时控制。2、按照实际设计要求选取主电路中各器件参数,并使用SIMULINK仿真逆变器在容性移相PWM控制方式下随着移相角变化的输出电流电压波形,通过仿真结果表明：容性移相PWM控制方式不仅具有较宽的移相角调节范围,而且可以实现输出功率的连续稳定调节。3、介绍选用的控制芯片TMS320F2812的内部功能模块和外围功能,分别设计负载的频率、电流和电压检测电路,并选择M57962AL作为IGBT的集成驱动电路,并分析其内部结构图和外围应用电路。4、设计电源控制系统的软件部分,列出控制系统的主程序流程图,对比数字锁相环软件实现与硬件实现的优缺点,设计锁相环的软件流程图。采用增量式PID控制算法,设计PID控制程序流程图对输出功率进行闭环控制调节。

全文目录


摘要  5-6
Abstract  6-9
第一章 绪论  9-16
  1.1 感应加热  9-11
    1.1.1 感应加热的原理  9-10
    1.1.2 趋肤效应和涡流标准渗透深度  10-11
  1.2 国内外研究现状及趋势  11-14
    1.2.1 国内外研究现状  11-12
    1.2.2 感应加热电源的发展趋势  12-14
  1.3 本文的选题意义及研究内容  14-16
    1.3.1 本文的选题意义  14
    1.3.2 本文的研究内容  14-16
第二章 感应加热电源的结构和工作原理  16-33
  2.1 感应加热电源的基本结构  16-18
    2.1.1 线路滤波器  16-17
    2.1.2 整流器和滤波器  17
    2.1.3 逆变器  17
    2.1.4 负载及控制和保护系统  17-18
  2.2 串联谐振电路分析  18-22
    2.2.1 串联谐振负载电路分析  18-21
    2.2.2 串联谐振逆变器电路分析  21-22
  2.3 移相PWM逆变器  22-32
    2.3.1 软开关技术与硬开关技术  22-24
    2.3.2 串联逆变器三种状态的工作过程  24-30
    2.3.3 容性移相PWM逆变器的工作特征  30-32
  2.4 本章小结  32-33
第三章 主电路参数选择和Simulink仿真结果分析  33-47
  3.1 主电路的参数选择  33-38
    3.1.1 整流器和滤波器的参数选取  34-36
    3.1.2 逆变器和负载的参数选取  36-38
  3.2 电源系统的仿真与结果分析  38-46
    3.2.1 SIMULINK简介  38
    3.2.2 电源仿真模型  38-41
    3.2.3 仿真结果与分析  41-46
  3.3 本章小结  46-47
第四章 电源控制系统的硬件设计  47-56
  4.1 控制器TMS320F2812  48-51
  4.2 负载频率、电流和电压检测电路  51-53
    4.2.1 频率检测电路  51-52
    4.2.2 电流、电压检测电路  52-53
  4.3 IGBT的集成驱动电路  53-54
  4.4 本章小结  54-56
第五章 控制系统的软件设计  56-67
  5.1 主程序设计  56-57
    5.1.1 CCS简介  56
    5.1.2 主程序流程  56-57
  5.2 软件锁相  57-63
    5.2.1 锁相环的原理  57-59
    5.2.2 数字锁相环  59-63
  5.3 数字PID  63-66
    5.3.1 PID控制算法  63-65
    5.3.2 PID控制程序设计  65-66
  5.4 本章小结  66-67
第六章 总结与展望  67-68
参考文献  68-70
发表论文和科研情况说明  70-71
致谢  71

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中图分类: > 工业技术 > 电工技术 > 电气化、电能应用 > 电热 > 一般性问题 > 原理
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