单片机控制的频率跟踪超声波电源的研究

发布时间：2017-06-06 03:05

  本文关键词：单片机控制的频率跟踪超声波电源的研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：超声波换能器由于负载的变化以及外界环境的变化等因素,导致超声波电源的输出频率与谐振频率不匹配,从而使清洗效果不佳。超声波电源是超声清洗机的核心部分,为实现其高效稳定的工作,需要对其工作频率进行自动跟踪控制。为此,本文设计了基于单片机PIC16F886为控制核心的超声波电源,其额定输出功率为600W,工作频率为20kHz,并实现了对频率的实时跟踪控制。主要研究内容如下:首先,根据超声波电源的性能指标要求,设计了超声波电源主电路系统,主电路系统由整流滤波电路、逆变电路、匹配电路等单元组成,逆变电路采用全桥逆变拓扑结构,文中对主电路系统进行了详细分析与设计,并采用Multisim仿真软件对主电路系统各个部分进行仿真。其次,设计了超声波电源频率跟踪的控制方案,该控制方案采用锁相环频率跟踪的控制思路并结合PID控制方法。为此设计了相应的控制软件,采用C语言编写主程序、A/D转换程序、PID控制程序等。最后,以PIC16F866单片机芯片为控制核心,设计了超声波电源控制系统,主要包括采样电路、驱动电路、单片机外围电路等,分析了其工作原理。并采用Proteus软件对控制系统进行仿真。仿真结果表明,所设计的超声波电源控制系统能实现频率自动跟踪,与超声波换能器相匹配,工作在谐振状态,达到了设计要求。
【关键词】：超声波清洗 频率跟踪 单片机 逆变电源
【学位授予单位】：南昌航空大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TN86;TB552
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-7
• 第1章 绪论7-19
• 1.1 研究背景和意义7-8
• 1.2 超声清洗原理及其特点8-10
• 1.3 超声波电源控制技术的国内外研究现状10-17
• 1.3.1 超声波电源控制技术的分类10-12
• 1.3.2 频率自动跟踪的方法12-14
• 1.3.3 国外研究现状14-15
• 1.3.4 国内研究现状15-17
• 1.4 主要研究内容17-18
• 1.5 本章小结18-19
• 第2章 超声波发生器硬件系统的设计19-36
• 2.1 超声波电源系统组成19-20
• 2.2 主电路系统的设计20-35
• 2.2.1 整流滤波单元20-22
• 2.2.1.1 输入滤波电容设计21
• 2.2.1.2 整流滤波电路的仿真21-22
• 2.2.2 逆变单元22-29
• 2.2.2.1 功率管参数设计与选型25-26
• 2.2.2.2 逆变电路的仿真26-29
• 2.2.3 高频变压器单元29-31
• 2.2.4 超声换能器单元31-35
• 2.2.4.1 超声波换能器的阻抗匹配31-32
• 2.2.4.2 匹配系统参数设计32-34
• 2.2.4.3 匹配系统的仿真34-35
• 2.3 本章小结35-36
• 第3章 超声波电源控制系统软件设计36-42
• 3.1 超声波电源频率控制方案分析36
• 3.2 主程序流程图设计36-37
• 3.3 A/D采样程序设计37-38
• 3.4 PID控制程序设计38-41
• 3.5 本章小结41-42
• 第4章 控制系统设计及仿真42-57
• 4.1 控制系统的设计42-47
• 4.1.1 控制芯片的选择及介绍42-43
• 4.1.2 PIC单片机的时钟模块及复位电路43
• 4.1.3 采样电路的实现43-44
• 4.1.4 电流电压相位比较的实现44
• 4.1.5 LCD显示44-45
• 4.1.6 栅极驱动电路的设计45-46
• 4.1.7 保护电路46-47
• 4.2 控制系统的仿真47-56
• 4.2.1 死区时间形成电路仿真及分析48-50
• 4.2.2 PID参数设置对频率跟踪的影响50-52
• 4.2.3 频率自动跟踪控制仿真及分析52-56
• 4.3 本章小结56-57
• 第5章 结论57-58
• 参考文献58-61
• 攻读硕士学位期间已发表或录用的论文61-62
• 致谢62-63
• 附录63-72

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本文编号：425222