面向电流体喷印的HVDC电源电压控制研究
发布时间：2021-08-04 14:00
电流体喷印技术是目前柔性电子先进制造工艺之一,高压直流电源是电流体喷印工艺设备上产生高压电场的核心部件,输出电压的稳定性决定了喷印图案的一致性和连续性,另一方面,宽范围和高调节精度的高压直流电源能够满足更多喷印工况。目前基于数字控制的高压直流电源输出电压稳压控制精度低,调压范围小。本文围绕高压直流电源的硬件系统、宽范围调节方案和稳压控制方案进行研究,主要包括:首先,完成面向电流体喷印的HVDC（High Voltage Direct Current）电源系统硬件电路系统方案设计、指标确定和电路原理计算、设计,为后文的研究提供了基础性平台。其次,通过实验分析和数学建模方法,提出了全桥母线调压和全桥调频调压联合调压方案,实现了单一数字芯片控制下500V-5k V宽范围连续调压。然后,通过传递函数建模、Bode图分析等方法,提出了基于占空比预测的模糊自适应PID控制算法的高压直流电源稳压控制方案,提高了系统稳压控制精度、鲁棒性和动态响应性。最后通过实验验证了本文提出的面向电流体喷印的高压直流电源系统的合理性,系统输出电压范围为500V-5k V,稳压精度在±20V内,调压精度为20V;将其应...
【文章来源】：华中科技大学湖北省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：86 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
高压直流电源常见应用领域在电流体喷印的过程中，高压直流电源产生的高压是喷印工艺的敏感参数，电场
华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文图 1-2 高压直流电源常见应用领域体喷印的过程中，高压直流电源产生的高压是喷印工艺的敏感导致泰勒锥喷射流产生和破碎机制的发生变化，从而导致溶来后可能变成液滴、喷雾或者细流三种形式[2]。同时，在每一电压还影响液滴的大小和飞行速度，所以高压直流电源是整核心部件之一，其对电流体喷印工艺起着决定性作用。
图 1-8 模拟控制框图 图 1-9 PID 控制电路数字控制可以通过软件实现更加灵活和复杂的补偿算法，从而提高系统的控制精度[26]。李鸣、李辉等人采用数字 DSP 芯片实现系统的闭环控制，控制算法为增量式 PID，验证了通过全数字高压直流电源控制系统的可行性[27]，但是系统输出高压超调量太大。关天一等人基于滑模变结构控制理论，通过建立整体电路的传递函数模型，设计高压直流电源的滑模变结构控制器，通过仿真验证了控制方案相对于传统的 PID 控制算法的优越性[28]，仿真结果如图 1-10 所示，但是基于滑模控制的数字控制算法对于系统建立的数学模型精确性要求高，降低了系统的鲁棒性。S. Gavin1 ,M. Carpita.A 等人采用小信号建模获取系统的传递函数，然后通过数字 PI 实现闭环控制取得了良好效果[29]，但是输出电压纹波较大，精度不高。E.F. Reyes 等人提出一种基于输入预测的 PI 数字控制方案[30]，其输出电压在 1020V 和 1700V 能够将电压稳定在 以内，如图 1-11 所示，稳压精度高，但是对于更高和更宽范围输出电压的稳压控制未进行研究。
【参考文献】：
期刊论文
[1]微波应用器用高压直流LCC谐振变换器的设计[J]. 陈正标,杨彪,王世礼,彭金辉. 电器与能效管理技术. 2016(22)
[2]BUCK电压反馈全桥逆变升压可调高压直流电源[J]. 徐晨剑,岳继光. 自动化仪表. 2016(09)
[3]混合模式低噪声3kV高压直流电源设计[J]. 曾国强,郎军,葛良全,魏世龙,杨剑,张开琪. 原子能科学技术. 2016(08)
[4]常用高压发生器类型及工作原理分析[J]. 陈绍俊,周晓华,姜瑜. 工业计量. 2015(06)
[5]一种改进串联谐振型限流器[J]. 张志丰,肖立业,邱清泉,程刚,田忠,王娜,戴少涛. 电工技术学报. 2015(06)
[6]低纹波微型X射线管高压电源的研制[J]. 曾国强,刘玺尧,罗群,谭承君,葛良全,黄锐,李强,吴刚. 原子能科学技术. 2015(02)
[7]高压电源稳压回路的建模与滑模变结构控制[J]. 关天一,刘征,刘松冉. 电源技术. 2015(01)
[8]几种高压开关电源倍压电路的研究[J]. 王帅,彭磊. 通信电源技术. 2013(04)
[9]基于IR2110的H桥可逆PWM驱动电路应用[J]. 张小鸣,卢方民. 常州大学学报(自然科学版). 2012(04)
[10]基于LCC谐振变换器的高压直流电源设计[J]. 唐瑶,王志强,李国锋,刘志刚. 电力电子技术. 2012(04)
博士论文
[1]大面积微纳结构力控电纺丝直写工艺与应用[D]. 布宁斌.华中科技大学 2014
硕士论文
[1]高压LCC谐振变换器研究[D]. 张智瑜.北方工业大学 2017
[2]TOF-SIMS 5kV直流高压电源设计[D]. 王娅男.吉林大学 2016
[3]LCC谐振DC/DC变换器控制策略研究[D]. 朱朱.东南大学 2016
[4]数字高压直流电源控制系统设计[D]. 汪杰.西南交通大学 2016
[5]无刷直流电机驱动电路设计[D]. 张艳方.长安大学 2015
[6]移相全桥DC-DC变换器及其数字控制的研究[D]. 李武杰.华中科技大学 2015
[7]高压高频变压器的研究与设计[D]. 吴清玲.沈阳理工大学 2014
[8]LCC谐振变换器在大功率高输出电压场合的应用研究[D]. 夏冰.南京航空航天大学 2008
[9]开关电源的建模与仿真研究[D]. 王传芳.西北工业大学 2007
本文编号：3321825
【文章来源】：华中科技大学湖北省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：86 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
高压直流电源常见应用领域在电流体喷印的过程中，高压直流电源产生的高压是喷印工艺的敏感参数，电场
华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文图 1-2 高压直流电源常见应用领域体喷印的过程中，高压直流电源产生的高压是喷印工艺的敏感导致泰勒锥喷射流产生和破碎机制的发生变化，从而导致溶来后可能变成液滴、喷雾或者细流三种形式[2]。同时，在每一电压还影响液滴的大小和飞行速度，所以高压直流电源是整核心部件之一，其对电流体喷印工艺起着决定性作用。
图 1-8 模拟控制框图 图 1-9 PID 控制电路数字控制可以通过软件实现更加灵活和复杂的补偿算法，从而提高系统的控制精度[26]。李鸣、李辉等人采用数字 DSP 芯片实现系统的闭环控制，控制算法为增量式 PID，验证了通过全数字高压直流电源控制系统的可行性[27]，但是系统输出高压超调量太大。关天一等人基于滑模变结构控制理论，通过建立整体电路的传递函数模型，设计高压直流电源的滑模变结构控制器，通过仿真验证了控制方案相对于传统的 PID 控制算法的优越性[28]，仿真结果如图 1-10 所示，但是基于滑模控制的数字控制算法对于系统建立的数学模型精确性要求高，降低了系统的鲁棒性。S. Gavin1 ,M. Carpita.A 等人采用小信号建模获取系统的传递函数，然后通过数字 PI 实现闭环控制取得了良好效果[29]，但是输出电压纹波较大，精度不高。E.F. Reyes 等人提出一种基于输入预测的 PI 数字控制方案[30]，其输出电压在 1020V 和 1700V 能够将电压稳定在 以内，如图 1-11 所示，稳压精度高，但是对于更高和更宽范围输出电压的稳压控制未进行研究。
【参考文献】：
期刊论文
[1]微波应用器用高压直流LCC谐振变换器的设计[J]. 陈正标,杨彪,王世礼,彭金辉. 电器与能效管理技术. 2016(22)
[2]BUCK电压反馈全桥逆变升压可调高压直流电源[J]. 徐晨剑,岳继光. 自动化仪表. 2016(09)
[3]混合模式低噪声3kV高压直流电源设计[J]. 曾国强,郎军,葛良全,魏世龙,杨剑,张开琪. 原子能科学技术. 2016(08)
[4]常用高压发生器类型及工作原理分析[J]. 陈绍俊,周晓华,姜瑜. 工业计量. 2015(06)
[5]一种改进串联谐振型限流器[J]. 张志丰,肖立业,邱清泉,程刚,田忠,王娜,戴少涛. 电工技术学报. 2015(06)
[6]低纹波微型X射线管高压电源的研制[J]. 曾国强,刘玺尧,罗群,谭承君,葛良全,黄锐,李强,吴刚. 原子能科学技术. 2015(02)
[7]高压电源稳压回路的建模与滑模变结构控制[J]. 关天一,刘征,刘松冉. 电源技术. 2015(01)
[8]几种高压开关电源倍压电路的研究[J]. 王帅,彭磊. 通信电源技术. 2013(04)
[9]基于IR2110的H桥可逆PWM驱动电路应用[J]. 张小鸣,卢方民. 常州大学学报(自然科学版). 2012(04)
[10]基于LCC谐振变换器的高压直流电源设计[J]. 唐瑶,王志强,李国锋,刘志刚. 电力电子技术. 2012(04)
博士论文
[1]大面积微纳结构力控电纺丝直写工艺与应用[D]. 布宁斌.华中科技大学 2014
硕士论文
[1]高压LCC谐振变换器研究[D]. 张智瑜.北方工业大学 2017
[2]TOF-SIMS 5kV直流高压电源设计[D]. 王娅男.吉林大学 2016
[3]LCC谐振DC/DC变换器控制策略研究[D]. 朱朱.东南大学 2016
[4]数字高压直流电源控制系统设计[D]. 汪杰.西南交通大学 2016
[5]无刷直流电机驱动电路设计[D]. 张艳方.长安大学 2015
[6]移相全桥DC-DC变换器及其数字控制的研究[D]. 李武杰.华中科技大学 2015
[7]高压高频变压器的研究与设计[D]. 吴清玲.沈阳理工大学 2014
[8]LCC谐振变换器在大功率高输出电压场合的应用研究[D]. 夏冰.南京航空航天大学 2008
[9]开关电源的建模与仿真研究[D]. 王传芳.西北工业大学 2007
本文编号：3321825
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