基于FPGA的双超声振子压缩驱动电源系统设计

作     者：莫远东 

作者单位：广东工业大学 

学位级别：硕士

导师姓名：于兆勤

授予年度：2015年

学科分类：080702[工学-热能工程] 080902[工学-电路与系统] 0809[工学-电子科学与技术（可授工学、理学学位）] 08[工学] 0807[工学-动力工程及工程热物理] 

主      题：双超声振子 FPGA 超声电源 频率自动跟踪 压缩 

摘      要：纤维素燃料能源是属于新能源的一种,可以通过农作物秸秆经过粉碎与压缩得到,可以弥补我国能源紧张的局面,化解我国能源需求紧张的危机,不但符合当今社会发展的需求,而且还可以大大降低我国大气污染指数。本课题意识到传统的压缩成型环节技术不够完善,压缩出来的生物质压块体积过大,导致运输和储存成本过高,于是提出利用一台超声电源同时驱动两个性能参数相同或相近的超声振子,其中一个可以移动的,另一个固定在工作台。利用工作台与工具头同步振动的双超声振子压缩系统,以减小压块的体积。此压缩系统的研究包括以下内容：首先本论文在对超声波电源的工作原理进行充分分析的基础上,设计以FPGA为控制核心的双超声振子压缩驱动电源总体方案,对电源各个模块进行做了详细的设计,确定了以电流和相位组合频率跟踪法作为本课题的双超声振子压缩驱动电源的频率跟踪方法。其次本论文在确定双超声振子压缩驱动电源总体方案的基础上,确定了超声电源的匹配网络并对所选用的串联匹配网络做了详尽的说明。对电源的输出高频变压器进行了详细的参数设计以及其绕制做了详细的介绍。然后对驱动电源在调试过程所需的动态电感进行详尽的设计。最后本论文对双超声振子压缩驱动电源控制电路进行了详细的介绍,确定了变步长电流最大值扫频思想和相位差原理频率自动跟踪方案。还有对A/D采样模块、输出功率调节模块等FPGA硬件模块进行详细的设计。完成了人机交互界面系统设计,其中包括人机界面和通信协议。然后在对FPGA核心板进行二次开发的基础上,创建Nios Ⅱ软核及SOPC系统,使触摸屏与FPGA之间能进行良好的通信。接着对驱动电源各个模块进行PCB板设计并进行装箱,最后通过压缩装置对电源进行检验。第一,分别在无超声、单超声与双超声的情况下,对不同压缩时间压缩得到生物质压块的体积大小进行对比;第二,在不同压缩时间与输入电压下,双超声对压块的体积的影响。最后对工艺参数进行正交实验。实验结果证明了双超声对减少生物质压块体积有很大作用,进而证实了一台超声电源能良好地驱动两个超声振子,其运行状态和频率自动跟踪效果良好,达到本课题的要求。