双H桥双峰双向脉冲电镀电源及其双闭环PID神经网络控制系统研究

论文摘要

本文提出一种双H桥的双峰双向脉冲电镀电源新方案,将开关电源的数字化和高频化相结合,以ATMEL公司生产的ATmega2560的单片机作为控制芯片,内嵌PID神经网络算法。论文首先介绍了课题的研究方向、背景和主要内容;然后分析对比了目前三种主要的电源系统方案,并提出一种新的可行性双H桥电源系统方案;对移相控制ZVZCS PWM DC/DC全桥变换器的工作原理和主要波形进行详细的分析和介绍;设计主电路、电流调理电路、电压调理电路、驱动电路、键盘和液晶显示,论文详细介绍了电路中主要元器件的参数选择方法,高频变压器的设计流程。重点推导了考虑占空比损失的电流内环、电压外环的双闭环控制模型,并将传统PID调节器和PID神经网络调节器分别应用于双闭环控制模型中,利用MATLAB软件分别对这两种双闭环控制模型进行仿真和分析,结果表明利用PID神经网络作为调节器的双闭环控制模型,不但可以实现无超调、无静差、响应速度快,过渡时间短、跟踪性能好等控制特性,而且由于神经网络参数的自适应和自学习调整,避免了常规PID控制参数的人工调节困难。本文给出了基于ATmega2560单片机PWM波的发生方案和4*4矩阵键盘、LCD液晶模块组成人机界面的程序流程图,并利用Proteus和AVRStudio对其进行联调仿真;最后介绍了实际样机的硬件结构,给出了实验测试数据和波形。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 电镀电源国内外研究现状和发展趋势
• 1.1.1 电镀电源的发展历史及现状
• 1.1.2 电镀电源的发展趋势
• 1.2 脉冲电镀的过程
• 1.3 脉冲电镀的优越性及适用性
• 1.4 课题研究目的
• 1.5 课题的研究意义
• 1.6 重点解决的问题
• 1.7 样机的技术指标
• 1.8 本章小节
• 第二章 系统方案选择与主电路硬件设计及仿真
• 2.1 脉冲电源方案一
• 2.2 脉冲电源方案二
• 2.3 脉冲电源方案三
• 2.4 本文采用方案
• 2.5 主电路结构
• 2.6 移相控制 ZVZCS PWM DC/DC 全桥变换器
• 2.6.1 移相控制ZVZCS PWM DC
• 2.7 电路元件参数设计
• 2.7.1 整流滤波电路参数选择
• 2.7.2 高频变压器的设计
• 2.7.3 移相控制ZVZCS PWM DC/DC 全桥变换器参数设计
• 2.8 主电路仿真结果
• 2.9 本章小节
• 第三章 辅助电路设计及仿真
• 3.1 电流调理电路设计及其仿真
• 3.2 电压调理电路设计及其仿真
• 3.3 驱动电路设计
• 3.3.1 自举电容参数的选择
• 3.3.2 自举二极管参数选择
• 3.3.3 自举电阻的选择
• 3.3.4 栅极限流电阻的选择
• 3.4 本章小节
• 第四章 双闭环控制系统建模与仿真
• 4.1 分段线性状态方程描述
• 4.2 双闭环控制电路模型
• 4.3 实际变换器的仿真研究
• 4.4 PIDNN 的特点
• 4.5 MPIDNN 神经网络的算法
• 4.5.1 MPIDNN 神经网络的前向算法
• 4.5.2 MPIDNN 神经网络的反传算法
• 4.6 利用 PID 神经网络作为控制器建模与仿真
• 4.7 本章小节
• 第五章 双 H 桥 PWM 产生方案
• 5.1 基于 ATmega2560 单片机 PWM 产生模式
• 5.1.1 快速PWM 模式
• 5.1.2 相位修正 PWM 模式
• 5.1.3 相位和频率修正 PWM 模式
• 5.2 移相控制 PWM 波产生过程
• 5.3 控制第二个 H 桥 PWM 波产生过程
• 5.4 本章小节
• 第六章 人机界面和样机波形测试
• 6.1 单片机ATmega2560 简介
• 6.2 ATmega2560 中ADC 介绍
• 6.3 键盘和 LCD 显示器
• 6.4 样机波形测试结果
• 6.5 本章小节
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文
• 致谢