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基于FPGA特种电源的研制及控制算法的应用研究
资料介绍
随着社会的进步、科技的发展,数字控制技术在开关电源中得到了广泛应用。数字控制提高了开关电源的稳定性、可靠性及智能化程度。目前,开关电源一般采用单片机、数字信号处理(DSP)及现场可编程门阵列(FPGA)作为控制芯片。FPGA由于采用并行处理机制,处理速度快、抗干扰能力强,已成为开关电源的主控芯片。广义预测PID控制(GPCPID)结合了PID控制结构简单、鲁棒性强,广义预测控制(GPC)对建模误差和外界环境干扰适应性强的优点,近年来应用广泛,但还未应用到开关电源控制领域。
在实验室已有工作的基础上,根据相关研究领域的应用需求,利用数字控制、FPGA的优势与特点,本论文运用理论分析、软件仿真、实验测试相结合的研究方法,研制了一种基于上位机监控且具有恒压/恒流两种工作模式的特种电源;将广义预测PID控制算法通过FPGA编程,应用到该电源的闭环控制中。论文工作的主要内容包括:
1、研究了开关电源常见的拓扑结构,分析了各自的优缺点,根据设计指标要求,确定了特种电源硬件系统设计方案。
2、根据设计方案给出的具体技术参数,利用Pspice仿真软件,设计了特种电源主电路中输入、逆变、输出三部分硬件电路及控制电路中FPGA最小系统板、电压/电流检测板;针对特种电源ZVZCS软开关、变压器磁归零尖峰及输出整流二极管反向恢复尖峰,设计了逆变全桥RCD和整流二极管RC吸收电路。
3、分析了有限双极性零电压零电流软开关(ZVZCS)过程;运用有效占空比的方法建立了特种电源的数学模型;在该模型的基础上,利用Matlab软件中的SISO Design Tool工具,完成了数字PID控制器的设计;推导了广义预测PID控制(GPCPID)的控制规律,采用Verilog语言编写了PID控制算法、GPCPID控制算法及相关辅助模块的程序,完成了PID控制器及GPCPID控制器的Modelsim仿真和板级调试。
4、在研制的特种电源样机平台上,针对设计指标要求进行了相关测试;对PID及GPCPID两种控制算法的控制效果进行了比较实验。
测试及比较实验结果表明,设计的特种电源实际性能指标满足设计要求;GPCPID控制算法应用于特种电源的闭环控制中效果良好。
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基于FPGA特种电源的研制及控制算法的应用研究.pdf | 18M |
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