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基于dsp的双丝脉冲MAG高速焊逆变式电源数字化控制研究

基于DSP的双丝脉冲MAG高速焊逆变式电源数字化控制研究

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作者：缪正平华南理工大学

学位级别：硕士

双丝脉冲MAG高速焊技术集高效优质和自动化于一体,愈来愈受到重视,已成为国内外焊接领域的研究热点,但是国内的相关研究起步相对较晚,并且还不能批量生产这种双丝焊装备。本论文在广东省科技计划(No.2007A010300005)项目的资助下,结合... 详细信息

双丝脉冲MAG高速焊技术集高效优质和自动化于一体,愈来愈受到重视,已成为国内外焊接领域的研究热点,但是国内的相关研究起步相对较晚,并且还不能批量生产这种双丝焊装备。本论文在广东省科技计划(No.2007A010300005)项目的资助下,结合电力电子技术和数字化控制技术,提出了基于dsp的双丝脉冲MAG高速弧焊电源的数字化系统,并对其特性和应用进行了研究。论文首先分析双丝脉冲MAG高速焊相关特征,完善了协同控制的主从机双丝脉冲MAG焊总体方案。分析了主从机逆变式弧焊电源主电路拓扑结构,根据输出功率要求,弧焊电源主电路采用并联式全桥逆变主电路拓扑结构;针对双丝脉冲MAG焊控制系统的要求,分析了外特性的选择和多相位协同控制方案。设计了以dsp为核心的硬件和软件控制系统,实现了双丝高速焊的多相位数字化协同控制。通过对双丝高速焊试验场所干扰源的分析,进行了硬件和软件的抗干扰设计。针对双丝高速焊主从机电源峰值阶段恒流+基值阶段恒流外特性方式的电弧自调节能力差,电弧电压波动大的缺点,本论文采用电压阈值方法和PI控制基值时间方法来控制弧长,实现了双丝高速焊过程中弧长的稳定控制。为了实现双丝脉冲MAG焊电源多参数的精确给定、记忆与显示问题,本课题设计了基于dsp+LCD结构的数字化人机交互系统。本论文进行了dsp与LCD、触摸屏、EEPROM等接口的硬件设计,并在此基础上进行了相应的软件设计,通过RS232总线与焊接过程控制系统进行通信,实现了弧焊电源人机界面的数字化。应用所研制的双丝脉冲MAG高速焊多相位数字化协同控制电源装备进行了大量的双丝高速焊工艺试验。试验结果表明,所研制的双丝脉冲MAG高速焊电源控制系统满足设计要求,实现了双丝焊同步、交替和随机三种相位输出焊接过程,并在合适的脉冲焊参数匹配条件下,焊接过程稳定、焊接速度快、焊缝成形好。

关键词：双丝脉冲MAG高速焊逆变式电源 dsp数字化控制多相位协同控制数字化人机交互系统

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燃料电池发电功率逆变系统的输出波形dsp控制研究

燃料电池发电功率逆变系统的输出波形DSP控制研究

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作者：熊振兴华南理工大学

学位级别：硕士

随着能源和环境矛盾问题的日益突出,燃料电池作为一种被大力推广的绿色能源愈来愈受到重视,其研究工作也开展得越来越深入。结合燃料电池发电的输出特点,本文采用带有数字化控制的三相全桥逆变系统来实现电能逆变。其输出波形质量是电... 详细信息

随着能源和环境矛盾问题的日益突出,燃料电池作为一种被大力推广的绿色能源愈来愈受到重视,其研究工作也开展得越来越深入。结合燃料电池发电的输出特点,本文采用带有数字化控制的三相全桥逆变系统来实现电能逆变。其输出波形质量是电力品质的基本要求,特别是在各种负载扰动的情况下仍然能够得到接近正弦的输出波形和较少的谐波含量,因此反馈控制技术是三相逆变系统的重要环节。由于数字化技术的优点及其发展趋势,本文在研制三相逆变系统的基础上采用数字信号处理器(TMS320F2812)来实现输出波形的控制。首先根据燃料电池电站的容量和输出情况,通过仿真分析,完善和改进了三相全桥逆变器直接与燃料电池电站连接的主电路拓扑结构,并对其保护电路进行优化设计。同时,对控制系统的采样电路和驱动电路进行了设计,建立了整个三相逆变系统硬件平台。其次详尽分析了三相SPWM(Sine-wave Pulse-width Modulation)逆变输出谐波的影响因素。在选择双极性控制方式下,推导三相逆变器输出电压的数学方程,就其载波比和调制度及采样方式对谐波的影响进行优化设计。在负载尤其是非线性负载的扰动下,对输出波形的影响进行了深入分析。同时对这些影响进行了仿真实验,并指出采用反馈控制技术才能改善输出波形。接着对非线性负载引起的电流谐波进行检测及数字滤波,采用电感电流内环和电压瞬时值外环的双闭环控制方式,通过dsp的数字化PI控制实现三相SPWM调制。建立了双闭环控制的传递函数模型,分析了控制器参数对系统的影响,通过理论计算和实验最终确定控制器参数,并对此进行仿真。结果表明,输出波形良好,THD(Total Harmonic Distortion)值较小。最后,本文对整个系统平台进行了相关试验研究。在线性和非线性等复杂负载下,输出电压波形良好,谐波含量都在5%以下;在负载突变和故障出现的情况下,系统具备良好的动态响应能力和保护功能。实验表明,本文建立的三相逆变系统平台和采用的控制策略是有效可行的。

关键词：燃料电池发电逆变系统 dsp数字化控制谐波

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低压大功率变频电源研究与设计

低压大功率变频电源研究与设计

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作者：杨林昌华南理工大学

学位级别：硕士

随着全球进入由工业3.0到工业4.0过渡的迅猛发展时机,变频电源特别是大功率变频电源迎来了前所有未的挑战和机遇。低压大功率变频电源由于能够输出低压大电流的特点在航空航天、电镀电焊等重工业领域具有广泛的应用,其相关技术的研究具... 详细信息

随着全球进入由工业3.0到工业4.0过渡的迅猛发展时机,变频电源特别是大功率变频电源迎来了前所有未的挑战和机遇。低压大功率变频电源由于能够输出低压大电流的特点在航空航天、电镀电焊等重工业领域具有广泛的应用,其相关技术的研究具有重要战略意义。本文围绕低压大功率变频电源的研究与设计展开讨论,通过对比各种拓扑结构,最终选择全桥全波式的结构作为低压大功率变频电源的主电路拓扑,全波结构周波变换器采用多个MOSFET并联进行同步整流,以容纳更大电流。本文详细介绍了单极性移相控制策略的开关模态和小信号特性,并分析了低压大功率变频电源设计中的关键问题。本文针对变频电源输出为12V/1000A的情况进行了仿真分析和硬件结构设计。本文基于MATLAB仿真软件,对整个系统进行仿真模块的搭建,并进行开环和闭环控制仿真。开环仿真对相关波形进行了详细分析,同时也为硬件参数的设计提供了参考和验证。闭环仿真设计介绍了单闭环和双闭环两种控制策略,并根据理论设计了相应的控制器,仿真结果验证了所设计控制器的正确性。本文从主电路、控制电路、辅助电源系统三个方面介绍了所设计低压大功率变频电源样机的硬件结构:主电路部分包括三相整流滤波电路、软启动电路、功率开关管设计、磁性器件设计几个方面;控制电路部分包括dsp核心处理器电路、驱动电路、信号检测与调理电路、过流保护电路几个方面;辅助电源部分介绍了两级级联结构多路输出开关电源的拓扑方案和硬件结构设计。最后基于设计本文搭建了12V/1000A变频电源实验平台,并进行相关的实验:辅助电源系统实验表明所设计的辅助电源具有良好的性能,可以为变频电源系统提供不同的电压需求;dsp数字化实现与实验表明dsp应用于变频电源中可以灵活的实现复杂的逻辑输出和控制;驱动电路实验验证了所设计驱动电路的正确性;系统控制策略实验验证了单极性移相控制策略的可行性和有效性。

关键词：低压大功率单极性移相控制 MATLAB仿真辅助电源 dsp数字化控制

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