基于STM32的單細胞電動進樣數字化電源設計及控制方法研究.pdf

1、隨著計算機及嵌入式微處理器技術的發(fā)展與應用，數字化控制開始進入開關電源控制領域。與模擬控制技術相比，數字控制技術具有許多優(yōu)點，例如，數字控制不僅能夠實現較為復雜的控制算法，而且能夠實現電源系統工作狀態(tài)的實時監(jiān)控，還能實現電源參數靈活設定、電源故障的在線診斷等。嵌入式微處理器的外部設備資源豐富及處理速度快等優(yōu)勢使得其被廣泛應用于單細胞電動進樣數字化電源的設計和研發(fā)之中。數字化縮短了單細胞電動進樣數字化電源控制電路的設計研發(fā)周期，只需修改程

2、序代碼就能實現控制算法的改進和升級。因此，單細胞電動進樣電源的數字化設計已成為當前設計的一大熱點。
　　本文依托于國家自然科學基金項目“一種多分析模式多功能的微流控芯片單細胞分析儀的研制（批準號:21327007）”，針對單細胞電動進樣數字化電源的輸出電壓紋波系數小、輸出電壓范圍寬且可調等性能指標要求和特點，本文研制出了一種基于STM32的單細胞電動進樣數字化電源，以提高電源的輸出電壓范圍、靈活性、精度和降低輸出電壓紋波系數。本文

3、研制的數字化開關電源具有以下特點:(1)成本低廉，結構簡單;(2)采用正負對稱倍壓整流電路，能有效抑制輸出電壓紋波;(3)能夠實現較寬范圍電壓(160V-630V)輸出且可調;(4)采用STM32嵌入式微處理器實現數字化控制。
　　本文研究的重點內容及取得的成果主要體現在以下幾個方面:
　　(1)對開關電源的基本工作原理及主電路半橋拓撲結構工作原理進行了詳細的分析;同時對電流、電壓的雙閉環(huán)PID控制策略進行了研究，在此基礎上

4、對開關電源的穩(wěn)壓控制進行探索。
　　(2)研究了單細胞電動進樣數字化電源系統控制策略，重點研究了BP神經網絡與PID算法相結合的復合控制方法。首先介紹了常規(guī)PID控制理論及模擬PID、數字PID控制系統，并給出了PID參數整定過程及規(guī)律，結合常規(guī)PID控制，研究了一種BP神經網絡和PID相結合的復合控制算法，以克服了PID參數調節(jié)過程復雜的問題，從而實現PID參數的自整定;還將本文研究的控制算法與常規(guī)PID控制方法進行了仿真對比，

5、仿真結果表明，本文研究的控制算法能有效改善系統超調，提升系統動態(tài)和穩(wěn)態(tài)性能。
　　(3)給出了單細胞電動進樣數字化電源樣機的硬件設計過程，同時給出各模塊硬件電路原理圖及高頻變壓器等關鍵模塊參數的計算公式。
　　(4)開發(fā)完成了單細胞電動進樣數字化電源樣機的軟件設計，深入闡述了互補對稱的兩路PWM控制信號、PID穩(wěn)壓控制及輸出隔離采樣的軟件實現過程。
　　(5)通過對穩(wěn)壓控制策略進行深入的理論分析及仿真研究，研制了基于S