基于STM32的單細(xì)胞電動(dòng)進(jìn)樣數(shù)字化電源設(shè)計(jì)及控制方法研究.pdf

1、隨著計(jì)算機(jī)及嵌入式微處理器技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用，數(shù)字化控制開(kāi)始進(jìn)入開(kāi)關(guān)電源控制領(lǐng)域。與模擬控制技術(shù)相比，數(shù)字控制技術(shù)具有許多優(yōu)點(diǎn)，例如，數(shù)字控制不僅能夠?qū)崿F(xiàn)較為復(fù)雜的控制算法，而且能夠?qū)崿F(xiàn)電源系統(tǒng)工作狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)控，還能實(shí)現(xiàn)電源參數(shù)靈活設(shè)定、電源故障的在線診斷等。嵌入式微處理器的外部設(shè)備資源豐富及處理速度快等優(yōu)勢(shì)使得其被廣泛應(yīng)用于單細(xì)胞電動(dòng)進(jìn)樣數(shù)字化電源的設(shè)計(jì)和研發(fā)之中。數(shù)字化縮短了單細(xì)胞電動(dòng)進(jìn)樣數(shù)字化電源控制電路的設(shè)計(jì)研發(fā)周期，只需修改程

2、序代碼就能實(shí)現(xiàn)控制算法的改進(jìn)和升級(jí)。因此，單細(xì)胞電動(dòng)進(jìn)樣電源的數(shù)字化設(shè)計(jì)已成為當(dāng)前設(shè)計(jì)的一大熱點(diǎn)。
　　本文依托于國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目“一種多分析模式多功能的微流控芯片單細(xì)胞分析儀的研制（批準(zhǔn)號(hào):21327007）”，針對(duì)單細(xì)胞電動(dòng)進(jìn)樣數(shù)字化電源的輸出電壓紋波系數(shù)小、輸出電壓范圍寬且可調(diào)等性能指標(biāo)要求和特點(diǎn)，本文研制出了一種基于STM32的單細(xì)胞電動(dòng)進(jìn)樣數(shù)字化電源，以提高電源的輸出電壓范圍、靈活性、精度和降低輸出電壓紋波系數(shù)。本文

3、研制的數(shù)字化開(kāi)關(guān)電源具有以下特點(diǎn):(1)成本低廉，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單;(2)采用正負(fù)對(duì)稱(chēng)倍壓整流電路，能有效抑制輸出電壓紋波;(3)能夠?qū)崿F(xiàn)較寬范圍電壓(160V-630V)輸出且可調(diào);(4)采用STM32嵌入式微處理器實(shí)現(xiàn)數(shù)字化控制。
　　本文研究的重點(diǎn)內(nèi)容及取得的成果主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面:
　　(1)對(duì)開(kāi)關(guān)電源的基本工作原理及主電路半橋拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)工作原理進(jìn)行了詳細(xì)的分析;同時(shí)對(duì)電流、電壓的雙閉環(huán)PID控制策略進(jìn)行了研究，在此基礎(chǔ)上

4、對(duì)開(kāi)關(guān)電源的穩(wěn)壓控制進(jìn)行探索。
　　(2)研究了單細(xì)胞電動(dòng)進(jìn)樣數(shù)字化電源系統(tǒng)控制策略，重點(diǎn)研究了BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)與PID算法相結(jié)合的復(fù)合控制方法。首先介紹了常規(guī)PID控制理論及模擬PID、數(shù)字PID控制系統(tǒng)，并給出了PID參數(shù)整定過(guò)程及規(guī)律，結(jié)合常規(guī)PID控制，研究了一種BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和PID相結(jié)合的復(fù)合控制算法，以克服了PID參數(shù)調(diào)節(jié)過(guò)程復(fù)雜的問(wèn)題，從而實(shí)現(xiàn)PID參數(shù)的自整定;還將本文研究的控制算法與常規(guī)PID控制方法進(jìn)行了仿真對(duì)比，

5、仿真結(jié)果表明，本文研究的控制算法能有效改善系統(tǒng)超調(diào)，提升系統(tǒng)動(dòng)態(tài)和穩(wěn)態(tài)性能。
　　(3)給出了單細(xì)胞電動(dòng)進(jìn)樣數(shù)字化電源樣機(jī)的硬件設(shè)計(jì)過(guò)程，同時(shí)給出各模塊硬件電路原理圖及高頻變壓器等關(guān)鍵模塊參數(shù)的計(jì)算公式。
　　(4)開(kāi)發(fā)完成了單細(xì)胞電動(dòng)進(jìn)樣數(shù)字化電源樣機(jī)的軟件設(shè)計(jì)，深入闡述了互補(bǔ)對(duì)稱(chēng)的兩路PWM控制信號(hào)、PID穩(wěn)壓控制及輸出隔離采樣的軟件實(shí)現(xiàn)過(guò)程。
　　(5)通過(guò)對(duì)穩(wěn)壓控制策略進(jìn)行深入的理論分析及仿真研究，研制了基于S