直流电机负载下的开关电源控制问题研究_开题报告

直流电机负载下的开关电源控制问题研究_开题报告 浙江大学 毕业(论文)开题报告 直流电机负载下的开关电源控制问题 目 题研究 自动化学院 学 院 专 业 电气工程与自动化 姓 名 班 级 学 号 指导教师 浙江大学 毕业设计(论文)任务书 专 学 院 自动化 业 电气工程与自动化 班 级 指导教 学生姓名 师 学 号 一、题目 直流电机负载下的开关电源控制问题研究 二、内容和要求(理、工科类:包括需达到的技术指标、规定阅读的文献、应完成 的图纸和说明书等) 1、基本设计内容: 探讨以电压为内环、以电流为外环，具有最大电流约束控制与稳压控制功 能、适于直流电动机负载的新型开关电源的系统，建立该系统对象的数学 模型，研究综合控制方法，并进行Matlab仿真分析，设计电源控制器;主要技 术参数:(1)开关电源额定输出:24VDC、5.5A;(2)直流电动机:24VDC、 100W;供电条件:187,253VAC、50~60Hz。 2、主要参考资料及查资线索: [1] 杨旭编著. 开关电源技术，机械工业出版社，2004. [2] 谭建成. 电机控制专用集成电路(新编)[M]. 机械工业出版社，2006. [3] 王兆安. 电力电子技术(第4版，直流斩波)[M]. 机械工业出版社， 2001. [4] 陈伯时主编. 电力拖动自动控制系统,运动控制系统(第3版)[M]. 机 械工业出版社，2005. [5] 开关电源建模及其控制方面的资料:网上搜索、校图书馆科技期刊等 检索资源。 3、在毕业设计期间要严格遵守学校相关的规章，要及时答疑、定期汇报 进展情况。 4、对毕业设计论文的要求: (1)严格按学校的相关要求进行撰写与排版; (2)毕业设计论文的主要内容: 1)封面等全文结构:要符合学校规定的内容及格式; 2)建议的正文内容:摘要及关键词;前言;总体方案及其可行性分 析;系统建模、控制算法及仿真分析;电源控制器的技术实现; 总结。 3)参考文献(要符合规范要求，并全部在正文引用及注意格式); 4)各类框图均用visio软件绘制;电路图用protel99se软件绘制。 1 三、起止日期及进度安排 0起止日期: 09 年 02 月 14 日 至 09 年 06 月 日 8 进度安排: 序号 时间 内容 09. 02.26前 收集资料、文献综述、确定总体方案、开题报告 1 开题报告会 2 09.02.27 09.02.28,03.10 外文翻译 3 09.03.11,03.30 建模、控制算法、仿真 4 09.04.01,04.10 期中检查报告会(具体日期待定) 5 09.04.01,04.20 电源控制器的电路设计 6 09.04.21,05.10 电源控制器的程序设计 7 09.05.11,05.29 撰写毕业论文 8 09.05.30,06.08 毕业答辩、论文等毕业材料归档 9 10 指导教师 (签名) 09 年 01 月 01 日 四、系主任审查意见: 系主任 (签名) 年 月 日 学院批准人 (签名) 年 月 日 2 直流电机负载下的开关电源控制问题研究 一、综述本课题国内外研究动态，说明选题的依据和意义 开关电源的前身是线性稳压电源。在我们生活中,大多数电子装置、电气控制设备的工作电源是直流电源。在开关电源出现之前,这些装置的工作电源都采用线性稳压电源。随着计算机等电子装置的集成度不断增加,功率越来越大,体积却越来越小。因此,迫切需要体积小、重量轻、效率高、性能好的新型电源来取代体积庞大的线性稳压电源,这就成了开关电源技术发展的动力。目前国际上开关电源的发展方向为:高频、高密度化、低压、大电流和多元化等。电力电子技术的不断创新，使开关电源产业有着广阔的发展前景。 开关电源由功率级和控制电路两部分组成。控制电路的功能是在输入电压、内部参数、外接负载变化时，调节功率级开关器件的导通时间，使开关电源的输出电压或者电流保持恒定。因此，在开关电源的设计中，控制方法的选择和设计对于开关电源的性能来说是十分重要的。采用不同的检测信号和不同的控制电路会有不同的控制效果。开关电源按照检测信号的不同来分类可以分为单环控制和双环控制。恒压源单环 2控制主要是电压型控制;双环控制则有电流型、V 型等几种控制方式。随着控制理论的发展，一些现代的控制方法，如模糊控制、滑模变结构控制等非线性控制方法也被尝试应用于开关电源的控制电路中。虽然这些控制方法到目前没有得到广泛应用，但是由于其独特的控制性能，应用前景可观。 开关电源控制电路的设计在满足性能要求的前提下还要考虑成本、可靠性以及调试简单等多种因素。通常，单环控制电路结构简单，抗干扰能力强，适用于对控制性能要求不高的场合;双环控制动态性能好 ;电流型控制响应速度快，并且具有自动 2限流的功能 ;V型控制具有比电流型更快的负载动态响应;现代模糊控制和滑模变结构控制等控制方法具有优越的控制性能，但是还处于理论研究阶段。 虽然开关电源技术发展迅速，但是针对开关电源给电机类负载的供电问题，国内外暂无有效的解决方案。因为电动机的起动、制动电流往往高过其额定值的许多倍，使得开关电源给相应功率的电机类负载供电时常因过电流保护关机而无法工作、或需要大幅降额使用而造成极大浪费等问题。为解决以上问题，探讨一种适于直流电动机负载的新型开关电源系统方案。 二、研究的基本内容，拟解决的主要问题 本课题主要研究一种能适于反电势负载的AC/DC开关电源的控制方法。为此需要 3 设计一个“综合控制器”来控制带反电势负载的AC/DC开关电源，该“综合控制器”不仅起到对输出电压的稳压控制作用，而且还要实现对最大动态电流与功率的约束控制。从而解决开关电源因电动机起动、制动时电流过高而无法工作的问题，使得开关电源能给电机负载实施安全、连续、可靠的供电。基本方案如图1。 高高整开整直频AC电源频流关流电压流变M滤滤电滤检测电压波波路波动器机TA 隔离驱动PWM综合控制辅检 助测 电输出约束电 源路保护电路 图1 系统总体方案框图 图1中TA为电流传感器;M为直流电动机;检测电路检测电流和电压;“PWM”产生基于PWM方式的开关量控制信号;“综合控制器”包括电压调节器和电流调节器，电压调节器作为内环，电流调节器作为外环。当电机起、制动时，由电流环进行最大电流限制，稳定运行时，电流环饱和，由电压环进行稳压控制。这样就实现了控制目的。 本课题研究的基本内容有:提出总体方案及其可行性分析，建立该系统对象的数 atlab仿真分析，设计电源控制器。 学模型，研究综合控制方法，并进行M 三、研究步骤、方法及措施 该课题研究步骤主要有: 1 总体方案及其可行性分析，有该开关电源系统的总体方案框图，并对其各部分进行解释，对该方案可行性进行分析。 2 系统对象建模,根据原理框图建立各模块的模型，画出结构图、模型框图，对传递函数，模型框图进行化简、变换以利于分析。 3 综合控制算法研究,包括电压调节器(AVR)的设计和电流调节器(ACR)的设计，可按照工程整定法进行整定，得到调节器的参数，用Matlab仿真分析验证优化。 4 设计电源控制器，包括电源控制器的总体结构框图，由前面得到的参数设计电源控制器的硬件电路，采用单片机进行控制，其基本组成结构如图2，进行软件程序设计。计划选用单片机型号ADμC812，该单片机速度快，功能强，集成了—个完全可编程的、自校准、高精度的模拟数据采集系统。ZLG7290用于扩展键盘和LED显示 2器，其特点为:IC 串行接口，可驱动8位共阴数码管或64只独立LED 和64个 4 按键。 5 总结，对所作的研究做一个总结。 各类框图均用visio软件绘制;电路图用protel99se软件绘制;仿真分析用Matlab 软件。 电压检测调理电路控制对象 单通信接口片 机 键盘电流检测调理电路ZLG7290 LED 图2 电源控制器基本组成结构 5 四、研究工作进度 序号 时间 内容 1 09. 02.26前 收集资料、文献综述、确定总体方案、开题报告 2 09.02.28,03.10 外文翻译 3 09.03.11,03.15 对象建模 4 09.03.16,03.22 控制算法研究 5 09.03.22,03.28 系统仿真分析 6 09.04.01,04.20 电源控制器的电路设计 7 09.04.21,05.10 电源控制器的程序设计 8 09.05.11,05.29 撰写毕业论文 9 09.05.30,06.08 毕业答辩、论文等毕业材料归档 10 五、主要参考文献: [1] 杨旭，裴云庆，王兆安.开关电源技术[M].北京:机械工业出版社，2004:1-11,206-211. [2] 谭建成.电机控制专用集成电路(新编)[M].北京:机械工业出版社，2006:15-164. [3] 王兆安，黄俊.电力电子技术[M].北京:机械工业出版社，2001:100-111. [4] 陈伯时.电力拖动自动控制系统,运动控制系统[M].北京:机械工业出版社，2005:2-94. [5] 雷媛媛,吴胜益.试论开关电源技术的发展[J].通信电源技术，2008，25(4):75-77. [6] 周志敏.开关电源的分类及应用[J].电子质量,2001,(11):36-37. [7] 王凤岩，许峻峰，许建平.开关电源控制方法综述[J].机车电传动，2006，(1):6-10. 6 六、指导教师审核意见: 指导教师签字: 年 月 日 七、系(教研室)评议意见: 系(教研室)主任签字: 年 月 日 7 八、开题小组评审意见: 开题小组负责人签字: 年 月 日 九、学院领导审核意见: 1(通过; 2(完善后通过; ,(未通过 学院领导签字: 年 月 日 8