基于DSP控制的电子束焊机高压电源系统的研究

摘要

随着世界制造行业的不断发展，电子束焊接技术作为一种优质、清洁、高效率的焊接技术，逐渐成为了一种优势技术被广范应用。电子束焊机设备的关键部件电子枪需要一套稳定、可靠的高压电源为其提供工作能源。因此高压电源系统的性能的好坏对焊缝的质量有着关键性的影响。本课题来源于甘肃省科技支撑计划——《用于钢轨焊接的电子束焊机电源系统的研制》。
　　本文主要对电子束焊机高压加速电源的原理进行了介绍，通过对LLC谐振变换器的工作原理以及Buck变换器的工作原理的研究对具体参数进行了设计，并阐述了以DSP为控制芯片的控制系统的硬件及软件的设计。文中还介绍了高压电源系统半实物仿真实验平台的搭建，并利用实时仿真实验平台对高压电源系统进行仿真实验，提高设计效率。
　　电子束焊机电源系统主要包括高压加速电源、阴极灯丝加热电源等部分。电子束焊机电源的主电路主要包括整流滤波电路、Buck电路、逆变电路、谐振变换电路、高频变压器以及倍压整流器。
　　高压电源的控制部分以DSP芯片TMS320F2812为控制核心，采用PWM和PFM混合调制的方法，将高压反馈信号通过分压电路进行隔离采样，采样来的电压信号先通过DSP2812控制板上的A/D转换模块直接进行模数转换，再将采样电压与给定的电压进行比较运算处理，根据计算出的偏差再经PI算法算出相应的PWM波的脉宽值，并把计算出来的结果送入比较单元产生适合的PWM波形输出至高压电源主电路，控制功率转换器件IGBT的开通与关断，实现闭环控制，进而实现高压加速电源的快速调节和稳定控制。
　　本文搭建的高压电源系统半实物仿真实验平台，使用硬件软件结合的的方式来研究高压电源系统。根据电子束焊机高压电源系统电路各部件的主要参数、技术要求、功能及拓扑，搭建电子束焊机高压电源系统半实物仿真分析平台。
　　通过仿真系统对主电路及主要参数的仿真，对电子柬焊机高压电源系统进行研究。半实物仿真实验提高了样机试制的效率，最后通过样机实验，基本达到了电子束焊机高压电源系统预期的技术参数，得到了一套稳定可靠的电源系统样机，促进了民族工业的进步。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 概述

1．2 电子束焊机的工作原理及特点

1．3 电子束焊机高压电源系统现状及发展趋势

1．4 半实物仿真系统

1．4．1 半实物仿真技术发展现状

1．4．2 基于RTW的实时仿真系统

1．5 本文主要内容

2 电子束焊机高压电源系统硬件设计

2．1 高压电源系统总体方案设计

2．2 LLC谐振电路

2．2．1 LLC谐振变化逆变器原理分析

2．2．2 LLC谐振变换器的工作原理

2．2．3 LLC逆变器的主要参数设计

2．3 Buck电路原理分析

2．4 高压加速电源主回路设计

2．5 本章小结

3 高压电源系统控制系统设计

3．1 控制系统硬件电路

3．1．1 DSP2812概述

3．1．2 DSP最小系统

3．1．3 PWM的生成原理

3．1．4 模／数转换模块ADC

3．2 控制系统软件部分

3．3 本章小结

4 高压电源系统半实物仿真平台

4．1 高压电源系统半实物仿真方案

4．2 系统半实物仿真平台硬件系统搭建

4．2．1 仿真平台硬件系统原理图设计

4．2．2 仿真平台硬件系统搭建

4．3 系统半实物仿真平台软件编制

4．4 本章小结

5 电源系统半实物仿真实验与样机实验

5．1 半实物仿真实验

5．2 样机实验

5．2．1 样机实验平台搭建

5．2．2 样机实验结果

结论

致谢

参考文献

攻读学位期间的研究成果