用于压电合成射流驱动器的幅频可调驱动控制器研究

论文摘要

压电合成射流驱动器（PSJA）是一种低能耗的微型射流装置,它在流场边界层控制方面有着潜在的应用。为了实现流场的主动控制,该驱动器必须用一种具有高电压、低电流、可调频率和较少谐波的信号来驱动,传统逆变器无法直接用于驱动PSJA,因此本文提出并开发了一种新型的PSJA专用驱动控制器。本文提出的驱动控制器系统采用DSP（TMS320F2812）进行控制,并且通过DC-DC、DC-AC、滤波电路和输出电压PI控制四个部分联合来实现高精度、宽范围的幅频可调功能。即系统可提供输出电压从12V到200V可变,频率从20Hz到5000Hz可变的正弦信号。由于该驱动控制器的特殊应用背景和驱动对象,前级DC-DC环节主电路采用半桥变换电路,通过DSP进行控制。DC-DC的给定信号Vr ef根据所需驱动的合成射流驱动器来给定,从而获得可调的直流电压。后级DC-AC环节采用全桥逆变电路,在该电路的调制方法上提出了合成脉宽调制方法,即当输出基波频率低于1000Hz时采用正弦脉宽调制,高于1000Hz时采用特定消谐脉宽调制。最后整个系统的控制采用电压PI控制,从而实现了整个系统的闭环控制。本文首先给出了一个整体的设计方案,并介绍了各个部分硬件电路的实现,包括DC-DC主电路、DC-AC主电路、输出电压采样和调整电路等。接着详细介绍了变换器和逆变器的工作原理,通过分析给出电路参数设计的详细过程,然后介绍了系统的软件部分,包括软件设计的几个要点并给出系统程序流程图。最后实验证明了本文提出的驱动控制器可以替代传统分立式驱动系统有效驱动PSJA,达到了PSJA驱动控制器小型化,集成化的目的。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 变频调制技术
• 1.2.2 逆变控制方法
• 1.3 DSP 数字控制电源
• 1.4 本文研究的主要内容
• 第二章 幅频可调驱动控制器的设计方案
• 2.1 幅频可调驱动控制器的总体方案
• 2.2 控制芯片TMS320F2812
• 2.2.1 事件管理器
• 2.2.2 A/D 转换
• 2.2.3 中断
• 2.3 各模块硬件电路实现
• 2.3.1 DC-DC 升压变换模块电路
• 2.3.2 DC-AC 逆变模块电路
• 2.3.3 滤波模块电路
• 2.3.4 输出电压采样反馈模块电路
• 2.3.5 调理电路
• 2.3.6 MOSFET 管驱动电路
• 2.3.7 DSP 辅助电源的设计
• 2.4 本章小结
• 第三章 DC-DC 升压变换模块设计
• 3.1 半桥式变换器介绍
• 3.2 半桥式升压电路硬件设计
• 3.2.1 开关频率选择
• 3.2.2 功率开关管耐压值选择
• 3.2.3 占空比与变压器变压比确定依据
• 3.2.4 滤波电路电感和电容的选取
• 3.2.5 半桥式变换电路变压器的设计
• 3.3 DC-DC 升压变换模块中的通断信号
• 3.4 本章小结
• 第四章 DC-AC 逆变模块设计
• 4.1 全桥逆变电路
• 4.2 脉宽调制技术的原理
• 4.3 合成脉宽调制技术
• 4.3.1 正弦脉宽调制技术
• 4.3.2 特定消谐脉宽调制技术
• 4.4 基于DSP 的脉宽调制波的产生
• 4.4.1 正弦脉宽调制的DSP 实现
• 4.4.2 特定谐波消除调制的DSP 实现
• 4.5 本章小结
• 第五章 幅频可调驱动控制器的软件实现
• 5.1 软件开发环境
• 5.1.1 软件开发流程
• 5.1.2 驱动控制器系统程序的设计要求
• 5.2 驱动控制器程序设计
• 5.2.1 主程序设计
• 5.2.2 输入参考值A/D 采样子程序设计
• 5.2.3 PWM 信号产生子程序设计
• 5.2.4 输出信号电压反馈子程序设计
• 5.3 PI 控制设计
• 5.3.1 PID 的数字化控制
• 5.3.2 数字PI 控制器
• 5.4 本章小结
• 第六章 实验结果与分析
• 6.1 无负载时系统输出实验
• 6.1.1 系统输出同幅不同频波形
• 6.1.2 系统输出同频不同幅波形
• 6.1.3 系统输出不同频不同幅波形
• 6.2 有负载时系统输出实验
• 6.3 结论
• 第七章 总结与展望
• 7.1 论文研究内容总结
• 7.2 存在的问题与进一步研究内容
• 参考文献
• 致谢
• 在学期间的研究成果及发表的学术论文