直流穩(wěn)流電源電子設(shè)計(jì)大賽論文

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1、直流穩(wěn)定電源設(shè)計(jì)報(bào)告--------------初賽報(bào)告設(shè)計(jì)小組成員：完成時(shí)間：直流穩(wěn)流電源設(shè)計(jì)—16—一、設(shè)計(jì)指標(biāo)1、基本要求（1）輸出電流范圍：200mA～1A；（2）改變負(fù)載電阻，輸出電壓在10V以內(nèi)變化時(shí)，要求輸出電流變化的絕對(duì)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(shè)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(duì)值≤給定值的1％+10mA；（2）具有“+”、“-”步進(jìn)調(diào)整功能，步進(jìn)≤10mA；輸出電流范圍為20mA～1000mA，步進(jìn)1mA；（3）設(shè)計(jì)、制

2、作測(cè)量并顯示輸出電流的裝置(可同時(shí)或交替顯示電流的給定值和實(shí)測(cè)值)，測(cè)量誤差的絕對(duì)值≤測(cè)量值的0.1％+3個(gè)字；（4）改變負(fù)載電阻，輸出電壓在10V以內(nèi)變化時(shí)，要求輸出電流變化的絕對(duì)值≤輸出電流值的0.1％+1mA；（5）紋波電流≤0.2mA；（6）其他。二、設(shè)計(jì)過程摘要：—16—本系統(tǒng)以芯片56F807為核心處理器，主要負(fù)責(zé)A/D采集、D/A輸出和PID算法的計(jì)算。在恒流電源控制電路中，采用大功率達(dá)林頓管提供恒流電源所需要的大電流，負(fù)載可變，輸出電壓在10V以內(nèi)變化。D/A輸出電壓控制輸出電流在20mA到1A之間調(diào)節(jié)，并

3、保持穩(wěn)定。本系統(tǒng)采用單閉環(huán)負(fù)反饋PID(比例、積分、微分)算法控制，縮短上升時(shí)間，減小超調(diào)量，減小了輸出電流的偏差。采用總線接口鍵盤，具有設(shè)定值調(diào)整，微調(diào)（步進(jìn)量1），粗調(diào)（步進(jìn)量10）三種調(diào)整功能，中文LCD，可同時(shí)顯示設(shè)定值，實(shí)際值和測(cè)量誤差的絕對(duì)值。本系統(tǒng)具有超壓保護(hù)和報(bào)警功能。我們自行設(shè)計(jì)了15V電源為系統(tǒng)供電。1、方案比較，設(shè)計(jì)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(diǎn)是不占用CPU處理器的時(shí)間，對(duì)處理器性能的要求比較低。但模擬PID控制方式的參數(shù)不易匹配，調(diào)節(jié)時(shí)間長(zhǎng)，難以

4、把精度做得很高，并且難以實(shí)現(xiàn)題中要求的良好的人機(jī)交互功能。圖1控制方案一框圖方案二:（見圖2）此方案采用摩托羅拉16位DSP芯片56F807為核心處理器來實(shí)現(xiàn)，該平臺(tái)具有高處理速度，適合實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的算法和控制。這種方案可以方便地實(shí)現(xiàn)PID的控制算法。本設(shè)計(jì)采用了方案二。圖2控制方案二框圖—16—1.2檢測(cè)方案比較方案一直接對(duì)負(fù)載進(jìn)行采樣直接對(duì)負(fù)載進(jìn)行采樣簡(jiǎn)單易行。但由于負(fù)載電阻為可調(diào)節(jié)電阻，輸出可能有電流可能會(huì)受接觸電阻的變化而不穩(wěn)定，故不宜選取。方案二對(duì)采樣電阻進(jìn)行采樣采樣電阻采用標(biāo)準(zhǔn)精密電阻，阻值穩(wěn)定，將阻值的變化對(duì)電流

5、的影響降低到最小程度。另外，對(duì)采樣電阻進(jìn)行采樣，有效避免了外接測(cè)量電路對(duì)電流的影響。因此采用方案二。2、理論分析2.1PID控制算法PID是一種在單片機(jī)控制中常用的算法,PID控制由于其具有控制方法簡(jiǎn)單、穩(wěn)定性好、可靠性高和易于現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于工業(yè)過程控制。其輸入e(t)與輸出u(t)的關(guān)系為[1]數(shù)字PID控制算法是以模擬PID調(diào)節(jié)器控制為基礎(chǔ)的，由于單片機(jī)是一種采樣控制，它只能根據(jù)采樣時(shí)刻的偏差計(jì)算控制量。但是如果采樣周期T取得足夠小，采用數(shù)值計(jì)算的方法逼近可相當(dāng)準(zhǔn)確，被控過程與連續(xù)控制十分接近。離散化后的

6、PID算式為：[1]式中：K:比例系數(shù)uo:偏差為零時(shí)的控制作用Ti:積分時(shí)間Td:微分時(shí)間T:采樣時(shí)間以上公式稱為位置式算法。由它可推出增量式算法：—16—在本設(shè)計(jì)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(gè)時(shí)刻的偏差即可，既節(jié)省了資源又不會(huì)產(chǎn)生較大的積累誤差。式中各系數(shù)由反復(fù)實(shí)踐后確定，實(shí)驗(yàn)證明，這種控制方式可以加快系統(tǒng)階躍響應(yīng)、減小超調(diào)量，并具有較高的精度。3、系統(tǒng)設(shè)計(jì)3.1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖(如圖3所示)圖3系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖本系統(tǒng)由處理器56F807、可調(diào)控制電路、可調(diào)電流源主回路、電源電路、數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)輸出、反饋電

7、路和人機(jī)交互接口構(gòu)成。3.2處理器性能介紹采用DSP(DigitalSignalProcessor)數(shù)字信號(hào)處理芯片作為中央處理芯片。DSP采用哈佛結(jié)構(gòu)和多重流水線結(jié)構(gòu)。采用哈佛結(jié)構(gòu)將程序空間與數(shù)據(jù)空間分開編址，使讀程序和讀/寫數(shù)據(jù)可以同時(shí)進(jìn)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(nèi)的快速RAM通常可以在兩塊空間中同時(shí)尋址；具有低開銷或無開銷的循環(huán)和跳轉(zhuǎn)硬件支持；具有在單周期內(nèi)操作的多個(gè)硬件地址產(chǎn)生器；可以并行執(zhí)行多個(gè)操作；在一個(gè)指令周期內(nèi)可完成一次乘法和一次加法。與同主頻CPU相比

8、，芯片的處理速度大大加快，適合本題目的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)處理。與普通的8位單片機(jī)最小系統(tǒng)板相比，擁有更多的片內(nèi)資源：具有更多數(shù)目的I/O口，提供更多的可與外部資源的連接；具有內(nèi)部集成，高精度、高速率的12位A/D轉(zhuǎn)換器,具有提高了采樣精度，避免了外圍電路對(duì)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