基于高阶数学模型的感应加热电源数字锁相环的研究

摘要

感应加热的基本理论为法拉第电磁感应定律，通过非接触式的加热方式对工件进行加热，具有高效和节能环保等优点，因此被广泛地应用于工业生产。
　　在感应加热的加热过程中，随着温度的变化，加热工件的相对磁导率和电阻率均会发生变化。高温加热时，需要加热的工件温度通常在居里点温度以上，由于磁导率在居里点温度附近会发生突变，从而导致负载的等效电感会发生剧烈的变化。在全数字化感应加热电源发展的大趋势下，传统的二阶数字锁相环很难对大范围突变的负载谐振频率进行快速跟踪，因此本文研究了一种基于PI的数字三阶锁相环，用来提高高频突变条件下的捕获能力。
　　本文首先通过对感应加热电源锁相环稳定性的难点分析，在结合传统的二阶锁相环理论的基础上，采用三阶锁相环控制感应加热电源的方法，使其满足在高频负载工作下的稳定性要求。其次，通过对非线性微分方程公式的数值分析，了解了传统二阶锁相环与三阶锁相环的非线性动态过程，使用盛金公式方程解的求解方法，着重研究了三阶锁相环的稳定性问题。最后，在Modelsim中进行时序仿真并搭建了基于FPGA芯片的硬件实验电路，实验结果基本与理论一致。

目录

1 绪论

1.1 电磁感应加热的基本原理与参数变化

1.2 数字化感应加热电源锁相环的研究现状

1.3 课题主要研究内容

2.1 感应加热电源的拓扑结构

2.2 锁相环的基本原理

2.3锁相环的数学分析

2.4锁相环的工作状态

2.5本章小结

3.1 基于PI的三阶锁相环稳定性分析

3.2 相平面法分析

3.3 环路滤波器的结构

3.4 本章小结

4.1 电源的整体结构

4.2 电路参数和外围电路的设计

4.3 软件设计

4.4 本章小结

5仿真与硬件测试

5.1基于ModelSim 的锁相环仿真

5.2硬件测试

6 全文总结与展望

致谢

参考文献