程控交流恒流源的设计与实现

作     者：张慧翔 

作者单位：南昌大学 

学位级别：硕士

导师姓名：曾明如

授予年度：2019年

学科分类：080801[工学-电机与电器] 0808[工学-电气工程] 08[工学] 

主      题：交流恒流源 串级控制 嵌入式实时系统 高精度 高稳定度 快速调幅 

摘      要：交流恒流源产品普遍应用于电机电子、低压电器检测、航空航天等众多行业。较之国外同类产品而言,国内交流恒流源产品精度较低。国内大部分需要用到交流恒流源的场合都是使用交流电压源带一个调压器,再加上变流器的方法得到一个等效的交流恒流源,这难以适用于对精度要求较高的研究场合。从国外进购的高精度交流恒流源价格昂贵,为此,研究一款各项技术指标达到国外同级水平,功能完善的恒流源产品不但能够满足国内众多单位对恒流源的需求,还能够丰富国内对恒流源技术的研究内容,具有较大的应用价值,对该类产品的国产化具有明显的现实意义。本文通过分析交流恒流源研究现状和相关产品特点,提出了一种基于串级控制的交流恒流源设计方法。该方法以串级控制理论为硬件设计的理论基础,以嵌入式实时操作系统为软件设计核心,完成了对一种程控式交流恒流源系统的设计。在串级控制方法中,内环采用模拟控制电路,实现了对电流输出稳定性的控制;外环使用数字控制电路,采集分析输出的电流信号,调整输出的幅值和频率,实现对输出电流的精确控制。此外,通过加入快速调幅模块,使得幅值和频率分开控制,在一定程度上加快了系统的响应速度。在以嵌入式实时操作系统为核心的软件设计中,将数字电路需要完成的接收输入信号、正弦信号产生、故障检测、数据采样分析和实时调整等功能划分为存在联系的独立任务,并行运行在系统之中,从而实现对各项功能的快速响应。在软硬件平台搭建完成的情况下,设计了友好的人机交互界面,可以通过网络远程完成电流校准、参数设置等各项操作,十分方便快捷。实验测试表明:该交流恒流源输出电流范围00A,输出电流精度0.1%、稳定度0.03%,频率精度0.1%,输出功率90W,且采用全数控的操作方式,具有输出电流精度高,稳定性好,成本低等特点,可满足许多应用场合。