微波加热器磁控管电源的研究与设计

摘要

微波加热具有加热均匀、速度快、热效率高等优点。与传统的加热技术相比，微波加热技术无疑具有极大的吸引力和广阔的工业应用前景。因此设计一种性能稳定、可靠性高的微波加热设备具有极高的科研价值和商业价值。微波输出功率的稳定已成为微波技术广泛应用所迫切需要解决的问题之一，而输出功率与磁控管阳极直流电压有着密切关系，因此本文的主要目的就是要设计一种高稳定度的磁控管阳极高压电源。
　　首先，采用PWM DC/DC全桥变换器作为磁控管电源的主结构，为使开关电源在更高频率下高效、低耗、安全地运行，采用“软开关”技术来实现功率管的通断。并在分析移相控制ZVS PWM DC/DC全桥变换器的基础上进行主电路元器件的选型和参数计算。
　　其次，对所设计的磁控管阳极电源建立了小信号数学模型，并用PID控制算法进行了系统校正，取得了较好的控制效果。然而，小信号分析法是建立在系统线性化的基础之上，针对实际电源系统的非线性，采用模糊预测控制算法，即在动态矩阵控制的基础上用模糊推理来修正系统的预测输出，来克服系统的扰动和非线性。并利用MATLAB中的Simulink工具对设计的两种控制器进行了仿真，验证了系统的可行性。
　　第三，利用MSP430F133单片机进行了磁控管电源的控制电路设计，包括单片机最小应用系统，数据采集和处理电路，人机接口电路、PWM脉冲发生电路等。
　　最后，介绍了微波加热的程序流程，详细给出了PID和模糊预测两种控制算法的软件实现方法。

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Contents

1 绪论

1.1 课题的目的和意义

1.2 课题的主要研究对象

1.3 工业微波加热器电源的发展现状

1.4 论文的主要工作

1.5 本章小结

2 微波加热器电源主电路设计与参数计算

2.1 主电路结构

2.2 PWM DC/DC全桥变换器的软开关实现

2.3 移相控制ZVS PWM DC/DC全桥变换器的工作原理

2.4 主电路参数计算

2.5 本章小结

3 系统小信号可行性分析与MATLAB仿真

3.1 系统传递函数与稳定性判断

3.2 PID控制器设计及PID校正后的系统性能分析

3.3 模糊预测控制器的设计

3.4 开关电源的MATLAB仿真

3.5 本章小结

4 基于MSP430F133单片机的控制电路设计

4.1 单片机控制的功能和系统构成

4.2 单片机最小应用系统

4.3 数据采集和处理电路

4.3 PWM脉冲产生与驱动电路

4.5 人机对话和通讯电路设计

4.6 本章小结

5 数字化控制器的软件实现

5.1 单片机硬件资源分配

5.2 主程序设计

5.3 控制算法子程序设计

5.4 其它子程序设计

5.5 本章小结

6 总结与展望

致谢

攻读硕士学位期间发表的论文

参考文献