基于模糊控制的金刚石电镀装置的研究

论文摘要

本文针对金刚石电镀过程中存在的能源消耗大、加工时间长、镀层厚度均匀性差、镀层容易出现缺陷等问题,从提高电源的效率和改进控制方法入手,对金刚石电镀装置进行了研究。论文在以下几个方面进行了深入研究:硬件电路主要由电镀电源和单片机控制电路组成。在电镀电源的设计中,通过对电镀电源中常用电路拓扑结构的分析,采用了新型的无源无损软开关技术。无源无损缓冲电路既不使用有源器件,也不使用耗能元件。采用无源无损软开关技术,降低了开关损耗和电磁干扰,使电源的高频化得以实现,从而提高电源系统的效率和动态响应。同时,在高频输出电路中采用外驱动同步整流技术。外驱动同步整流技术中,为了实现同步,MOSFET的驱动信号必须与主开关管的驱动信号保持固定的相位关系。目前,可以用于AC/DC变换器中的同步整流控制器极少,给控制芯片的选择带来了困难。本文利用控制芯片SG3525A作为电路的控制芯片,通过对信号的延时和整形来获得符合驱动时序要求的四路驱动信号,实现了主开关管和同步整流管的驱动,使电源的效率得到了进一步的提高。在软件设计中,采用了以单片机MC68HC908GP32为核心的模糊控制系统。在金刚石电镀过程中,负载的变化比较大,导致电源输出电流变化较大。为了优化控制效果,引入基于自调整模糊算法的电流闭环控制,设计出一种以电流为被控量、以电流的偏差和偏差变化率为输入量,以控制电压为输出量的自调整模糊调节器。完成以上设计方案后,制作电路板并在实验室搭建实验平台进行硬件电路调试,最后利用MATLAB编程仿真模糊控制算法。实验结果证实了设计方案的可行性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 前 言
• 1.1 课题来源及研究意义
• 1.1.1 课题来源
• 1.1.2 课题研究意义
• 1.2 国内外金刚石电镀发展现状
• 1.2.1 国内外电镀工业的发展
• 1.2.2 金刚石电镀发展现状
• 1.3 电镀电源的发展现状及研究方向
• 1.3.1 电镀电源的发展现状
• 1.3.2 电镀电源的研究方向
• 1.4 课题研究内容
• 1.4.1 电镀装置的主要设计要求
• 1.4.2 课题研究的主要内容
• 1.5 论文组织结构
• 第2章 金刚石电镀装置整体方案设计
• 2.1 电源的主电路拓扑
• 2.1.1 单端正激变换器
• 2.1.2 半桥变换器
• 2.1.3 全桥变换器
• 2.2 软开关技术
• 2.2.1 软开关技术的出现
• 2.2.2 软开关技术的分类
• 2.3 同步整流技术
• 2.3.1 自驱动同步整流
• 2.3.2 外驱动同步整流
• 2.4 PWM驱动控制电路
• 2.4.1 开关电源的控制方式
• 2.4.2 驱动电路
• 2.5 温度控制电路
• 2.6 模糊控制的基本理论
• 2.6.1 模糊控制简述
• 2.6.2 模糊控制的数学原理
• 2.6.3 模糊控制器的结构
• 第3章 金刚石电镀装置的硬件设计
• 3.1 电源主电路的设计
• 3.1.1 EMI滤波器设计
• 3.1.2 工频整流滤波电路设计
• 3.1.3 高频逆变电路
• 3.1.4 高频变压器的设计
• 3.1.5 高频整流滤波电路设计
• 3.2 电源控制电路的设计
• 3.2.1 SG3525A芯片
• 3.2.2 SG3525A的外围电路
• 3.2.3 驱动信号处理电路
• 3.2.4 TX-KD301驱动模块
• 3.2.5 检测保护电路设计
• 3.2.6 辅助电源设计
• 3.3 单片机控制电路的设计
• 3.3.1 单片机控制系统的功能
• 3.3.2 单片机MC68HC908GP32功能分析
• 3.3.3 D/A 转换电路
• 3.3.4 继电器控制电路
• 3.3.5 脉冲封锁电路
• 3.4 温度控制电路的设计
• 第4章 金刚石电镀控制系统的软件设计
• 4.1 软件设计思想
• 4.2 程序模块设计
• 4.2.1 主程序模块设计
• 4.2.2 模糊控制子程序
• 4.3 模糊控制器的软件设计
• 4.3.1 输入输出量的选取
• 4.3.2 精确量模糊化
• 4.3.3 模糊算法设计
• 4.3.4 输出量的反模糊化
• 4.3.5 仿真实验
• 第5章 实验结果及分析
• 5.1 实验装置与实验波形
• 5.1.1 实验装置
• 5.1.2 实验波形
• 5.2 实验波形的分析
• 结论与展望
• 参考文献
• 致谢