基于DSPIC30F4011微弧氧化电源控制系统研制

论文摘要

微弧氧化是一种在阀金属及其合金表面生成具有优质性能氧化陶瓷膜的表面改性新技术。所形成的保护膜可使金属的耐磨损、耐腐蚀及绝缘等性能得到极大改善，又因其具有工序简单，材料适应性宽等优点，因而在航空、航天、机械、电子以及生物材料等领域有广泛的应用前景。目前，有关微弧氧化技术的研究主要集中在陶瓷层的组织结构及性能分析等方面，而对微弧氧化电源的研究较少。本文根据微弧氧化对输出波形、负载特性及实验研究和工业化生产的要求，设计了一台以DSPIC30F4011为电源控制系统为核心的微弧氧化电源，该电源不仅能实现输出恒流和恒压模式，而且还能够产生直流、带放电回路脉冲、单极性脉冲和双极性脉冲四种输出方式，输出脉冲的幅值、占空比、频率精确可调，并且能够对微弧氧化过程进行过程控制。其主要的研究内容如下：该电源主要包括电源主电路和电源控制系统两部分。其中电源主电路主要包括整流电路、滤波电路、斩波电路、放电电路及保护电路，整流电路和滤波电路控制输出正负脉冲的幅值；放电电路用于输出带放电回路脉冲模式时，卸放负载电容储存的电能；通过对斩波器的控制，能够控制电源输出模式及输出脉冲的频率和占空比；保护电路主要用来保护电路中功率器件安全可靠地运行。电源控制系统由两部分组成：电源主控系统和人机界面系统。电源主控系统以DSPIC30F4011为核心，主要实现对电压和电流信号及手动模式下设置的参数进行采集、捕捉同步信号并产生可控硅的触发脉冲、产生IGBT的驱动脉冲并监测IGBT的工作状态、对过流和过热进行保护等功能。人机界面系统以AT89C52单片机为核心，通过配合使用HD7279A芯片，实现了对电源参数、电源输出模式、工作方式的预置和对微弧氧化过程中电源参数、时间及工作状态的实时显示。两个控制系统之间采用串行接口通讯，进行数据和命令交换。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 微弧氧化技术
• 1.1.1 微弧氧化技术发展史及研究现状
• 1.1.2 微弧氧化技术的优点
• 1.2 微弧氧化电源
• 1.2.1 微弧氧化电源的研究现状
• 1.2.2 国内常用微弧氧化电源主电路
• 1.3 DSPIC 单片机简介
• 1.3.1 DSPIC 的特点
• 1.3.2 DSPIC30F 系列的结构
• 1.3.3 DSPIC 的接口功能及应用
• 1.4 课题的研究意义和内容
• 1.4.1 课题的研究意义
• 1.4.2 课题的研究内容
• 第2章 微弧氧化电源的主电路
• 2.1 电源主电路
• 2.1.1 整流电路和滤波电路
• 2.1.2 滤波电路
• 2.1.3 斩波电路
• 2.1.4 放电电路
• 2.1.5 抗干扰措施
• 2.2 本章小结
• 第3章 微弧氧化电源的控制电路
• 3.1 电源主控系统
• 3.1.1 DSPIC30F4011 引脚功能及特点
• 3.1.2 可控硅的触发电路
• 3.1.3 采样电路和保护电路
• 3.1.4 IGBT 驱动电路
• 3.2 人机界面系统
• 3.2.1 AT89C52 单片机及其最小系统
• 3.2.2 HD7279A 芯片的特点及工作原理
• 3.2.3 人机界面电路
• 3.3 系统间串行通讯
• 3.4 本章小结
• 第4章 系统软件设计
• 4.1 控制系统软件设计
• 4.1.1 脉冲波形的调制
• 4.1.2 PID 控制原理
• 4.1.3 PID 算法
• 4.2 微弧氧化过程控制软件
• 4.2.1 微弧氧化操作主流程图
• 4.2.2 手动方式参数设置
• 4.2.3 程控方式参数设置
• 4.2.4 微弧氧化过程控制程序流程
• 4.3 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢
• 附录 A 攻读学位期间所发表的学术论文目录