本文關(guān)鍵詞：基于STM32的單細胞電動進樣數(shù)字化電源設(shè)計及控制方法研究，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：隨著計算機及嵌入式微處理器技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用,數(shù)字化控制開始進入開關(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,例如,數(shù)字控制不僅能夠?qū)崿F(xiàn)較為復雜的控制算法,而且能夠?qū)崿F(xiàn)電源系統(tǒng)工作狀態(tài)的實時監(jiān)控,還能實現(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)勢使得其被廣泛應(yīng)用于單細胞電動進樣數(shù)字化電源的設(shè)計和研發(fā)之中。數(shù)字化縮短了單細胞電動進樣數(shù)字化電源控制電路的設(shè)計研發(fā)周期,只需修改程序代碼就能實現(xiàn)控制算法的改進和升級。因此,單細胞電動進樣電源的數(shù)字化設(shè)計已成為當前設(shè)計的一大熱點。本文依托于國家自然科學基金項目“一種多分析模式多功能的微流控芯片單細胞分析儀的研制(批準號：21327007)”,針對單細胞電動進樣數(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)等性能指標要求和特點,本文研制出了一種基于STM32的單細胞電動進樣數(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)字化開關(guān)電源具有以下特點：(1)成本低廉,結(jié)構(gòu)簡單；(2)采用]正負對稱倍壓整流電路,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嵌入式微處理器實現(xiàn)數(shù)字化控制。本文研究的重點內(nèi)容及取得的成果主要體現(xiàn)在以下幾個方面：(1)對開關(guān)電源的基本工作原理及主電路半橋拓撲結(jié)構(gòu)工作原理進行了詳細的分析；同時對電流、電壓的雙閉環(huán)PID控制策略進行了研究,在此基礎(chǔ)上對開關(guān)電源的穩(wěn)壓控制進行探索。(2)研究了單細胞電動進樣數(shù)字化電源系統(tǒng)控制策略,重點研究了BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)與PID算法相結(jié)合的復合控制方法。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)合的復合控制算法,以克服了PID參數(shù)調(diào)節(jié)過程復雜的問題,從而實現(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控制方法進行了仿真對比,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)動態(tài)和穩(wěn)態(tài)性能。(3)給出了單細胞電動進樣數(shù)字化電源樣機的硬件設(shè)計過程,同時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)的計算公式。(4)開發(fā)完成了單細胞電動進樣數(shù)字化電源樣機的軟件設(shè)計,深入闡述了互補對稱的兩路PWM控制信號、PID穩(wěn)壓控制及輸出隔離采樣的軟件實現(xiàn)過程。(5)通過對穩(wěn)壓控制策略進行深入的理論分析及仿真研究,研制了基于STM32的單細胞電動進樣數(shù)字化電源樣機,并對其性能指標進行了上電測試。通過對研制的樣機電源在空載及帶載、輸入電壓突變兩種情形下的示波器測試波形分析,驗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 電動進樣 單細胞 PID STM32
【學位授予單位】：廣西師范大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：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)字化電源的國內(nèi)外現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢分析10-13
• 1.2.1 單細胞電動進樣數(shù)字化電源主電路拓撲研究現(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 單細胞電動進樣數(shù)字化電源的發(fā)展趨勢分析12-13
• 1.3 課題研究的主要內(nèi)容13-15
• 第2章 單細胞電動進樣數(shù)字化電源總體方案選擇15-25
• 2.1 開關(guān)電源基本工作原理及本文研究電源主電路拓撲選擇15-19
• 2.1.1 開關(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15
• 2.1.3 本文所研究電源主電路拓撲結(jié)構(gòu)選取15-19
• 2.2 主電路半橋拓撲結(jié)構(gòu)工作原理及器件選擇19-23
• 2.2.1 半橋型拓撲結(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 半橋型拓撲結(jié)構(gòu)的輸出功率分析22-23
• 2.3 本文所研究電源設(shè)計方案的確定23-24
• 2.3.1 主電路拓撲結(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的單細胞電動進樣數(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 單細胞電動進樣數(shù)字化電源硬件電路設(shè)計41-53
• 4.1 硬件電路總體設(shè)計原理41
• 4.2 功率主電路設(shè)計41-48
• 4.2.1 EMI濾波器電路設(shè)計41-44
• 4.2.2 本文所研究電源主電路設(shè)計44-45
• 4.2.3 高頻變壓器電路設(shè)計45-46
• 4.2.4 正負對稱倍壓整流電路設(shè)計46-48
• 4.3 控制電路設(shè)計48-51
• 4.3.1 控制電路主控芯片STM32F103V8T6功能簡介48
• 4.3.2 輸出電壓、電流隔離采樣電路設(shè)計48-50
• 4.3.3 MOSFET驅(qū)動電路設(shè)計50
• 4.3.4 過壓、過流保護電路設(shè)計50-51
• 4.4 輔助電源電路設(shè)計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 單細胞電動進樣數(shù)字化電源軟件設(shè)計53-60
• 5.1 STM32嵌入式軟件開發(fā)環(huán)境及功能介紹53
• 5.2 軟件總體框架設(shè)計53-55
• 5.3 電壓、電流A/D采樣及均值濾波模塊程序設(shè)計55-56
• 5.4 PID穩(wěn)壓控制模塊程序設(shè)計56-57
• 5.5 互補PWM信號產(chǎn)生模塊程序設(shè)計57-58
• 5.6 按鍵及顯示模塊程序設(shè)計58-59
• 5.7 本章小結(jié)59-60
• 第6章 樣機調(diào)試及測試結(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開關(guān)管PWM驅(qū)動波形調(diào)試及測試分析63-65
• 6.2.1 基于Keil軟件的MOS開關(guān)管PWM驅(qū)動波形仿真分析63-64
• 6.2.2 MOS開關(guān)管PWM驅(qū)動波形的示波器測試分析64-65
• 6.3 測試結(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68-70
• 附錄70-71
• 攻讀碩士學位期間取得的研究成果71-72
• 致謝72-73

【參考文獻】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前1條

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

中國碩士學位論文全文數(shù)據(jù)庫 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;2011年

  本文關(guān)鍵詞：基于STM32的單細胞電動進樣數(shù)字化電源設(shè)計及控制方法研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

本文編號：289140