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《直流穩(wěn)流電源電子設計大賽論》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關內容在學術論文-天天文庫。
1、直流穩(wěn)定電源設計報告--------------初賽報告設計小組成員：完成時間：直流穩(wěn)流電源設計—16—一、設計指標1、基本要求（1）輸出電流范圍：200mA～1A；（2）改變負載電阻，輸出電壓在10V以內變化時，要求輸出電流變化的絕對值≤輸出電流值的1％+5mA；（3）紋波電流≤1mA；（4）自制電源。2、發(fā)揮部分（1）可設置并顯示輸出電流給定值，要求輸出電流與給定值偏差的絕對值≤給定值的1％+10mA；（2）具有“+”、“-”步進調整功能，步進≤10mA；輸出電流范圍為20mA～1000mA，步進1mA；（3）設計、制作測量并顯示輸出電流的裝置(可
2、同時或交替顯示電流的給定值和實測值)，測量誤差的絕對值≤測量值的0.1％+3個字；（4）改變負載電阻，輸出電壓在10V以內變化時，要求輸出電流變化的絕對值≤輸出電流值的0.1％+1mA；（5）紋波電流≤0.2mA；（6）其他。二、設計過程摘要：—16—本系統(tǒng)以芯片56F807為核心處理器，主要負責A/D采集、D/A輸出和PID算法的計算。在恒流電源控制電路中，采用大功率達林頓管提供恒流電源所需要的大電流，負載可變，輸出電壓在10V以內變化。D/A輸出電壓控制輸出電流在20mA到1A之間調節(jié)，并保持穩(wěn)定。本系統(tǒng)采用單閉環(huán)負反饋PID(比例、積分、微分)算
3、法控制，縮短上升時間，減小超調量，減小了輸出電流的偏差。采用總線接口鍵盤，具有設定值調整，微調（步進量1），粗調（步進量10）三種調整功能，中文LCD，可同時顯示設定值，實際值和測量誤差的絕對值。本系統(tǒng)具有超壓保護和報警功能。我們自行設計了15V電源為系統(tǒng)供電。1、方案比較，設計與論證1.1控制方案比較方案一:（見圖1）此方案是傳統(tǒng)的模擬PID控制方案，其優(yōu)點是不占用CPU處理器的時間，對處理器性能的要求比較低。但模擬PID控制方式的參數不易匹配，調節(jié)時間長，難以把精度做得很高，并且難以實現題中要求的良好的人機交互功能。圖1控制方案一框圖方案二:（見圖
4、2）此方案采用摩托羅拉16位DSP芯片56F807為核心處理器來實現，該平臺具有高處理速度，適合實現復雜的算法和控制。這種方案可以方便地實現PID的控制算法。本設計采用了方案二。圖2控制方案二框圖—16—1.2檢測方案比較方案一直接對負載進行采樣直接對負載進行采樣簡單易行。但由于負載電阻為可調節(jié)電阻，輸出可能有電流可能會受接觸電阻的變化而不穩(wěn)定，故不宜選取。方案二對采樣電阻進行采樣采樣電阻采用標準精密電阻，阻值穩(wěn)定，將阻值的變化對電流的影響降低到最小程度。另外，對采樣電阻進行采樣，有效避免了外接測量電路對電流的影響。因此采用方案二。2、理論分析2.1P
5、ID控制算法PID是一種在單片機控制中常用的算法,PID控制由于其具有控制方法簡單、穩(wěn)定性好、可靠性高和易于現場調試等優(yōu)點，被廣泛應用于工業(yè)過程控制。其輸入e(t)與輸出u(t)的關系為[1]數字PID控制算法是以模擬PID調節(jié)器控制為基礎的，由于單片機是一種采樣控制，它只能根據采樣時刻的偏差計算控制量。但是如果采樣周期T取得足夠小，采用數值計算的方法逼近可相當準確，被控過程與連續(xù)控制十分接近。離散化后的PID算式為：[1]式中：K:比例系數uo:偏差為零時的控制作用Ti:積分時間Td:微分時間T:采樣時間以上公式稱為位置式算法。由它可推出增量式算法：
6、—16—在本設計中采用了增量式算法，這是由于增量式算法只需保持以前三個時刻的偏差即可，既節(jié)省了資源又不會產生較大的積累誤差。式中各系數由反復實踐后確定，實驗證明，這種控制方式可以加快系統(tǒng)階躍響應、減小超調量，并具有較高的精度。3、系統(tǒng)設計3.1系統(tǒng)結構圖(如圖3所示)圖3系統(tǒng)結構圖本系統(tǒng)由處理器56F807、可調控制電路、可調電流源主回路、電源電路、數據采集、數據輸出、反饋電路和人機交互接口構成。3.2處理器性能介紹采用DSP(DigitalSignalProcessor)數字信號處理芯片作為中央處理芯片。DSP采用哈佛結構和多重流水線結構。采用哈佛結
7、構將程序空間與數據空間分開編址，使讀程序和讀/寫數據可以同時進行，并行的流水線處理使多條指令并行處理，使取指、譯碼和執(zhí)行等操作可以重疊執(zhí)行。片內的快速RAM通?？梢栽趦蓧K空間中同時尋址；具有低開銷或無開銷的循環(huán)和跳轉硬件支持；具有在單周期內操作的多個硬件地址產生器；可以并行執(zhí)行多個操作；在一個指令周期內可完成一次乘法和一次加法。與同主頻CPU相比，芯片的處理速度大大加快，適合本題目的實時數據處理。與普通的8位單片機最小系統(tǒng)板相比，擁有更多的片內資源：具有更多數目的I/O口，提供更多的可與外部資源的連接；具有內部集成，高精度、高速率的12位A/D轉換器,
8、具有提高了采樣精度，避免了外圍電路對采樣的干擾；集成了同步外圍串行接口，提高了與外圍器件之間的
