基于FPGA的双超声压缩系统驱动电源研制

【摘要】纤维素燃料被认为是最具潜力的化石能源代替性燃料之一,由纤维素生物质制造而成。针对传统的纤维素生物质压缩方法存在致密性差、装备体积大、出糖率低以及在运输过程中容易松散等问题,课题组提出了双超声同步压缩生物质的新工艺方法,然而一台电源驱动双超声振子是一个全新课题,本文对双超声驱动电源、双超声振子并联特性以及超声压缩工艺等进行了系统研究：首先,根据双超声压缩原理和超声波驱动电源的功能要求,设计了以FPGA为控制器的双超声压缩驱动电源的总体方案,该超声电源方案具有成本低、灵活性好等优点,在此基础上,进而完成了可调直流电源、高频逆变电路、采样电路、过流过温保护等硬件电路的搭建。其次,综合电流最大值法和相位差法,设计基于FPGA的频率自动跟踪,其频率跟踪精度可达2Hz,并且完成了过流保护模块、功率调节模块等FPGA硬核设计。人机交互系统采用智能触摸屏,运用NiosⅡ软件和QuartusⅡ对FPGA核心板进行二次开发,建立自定制的SOPC片上系统,实现FPGA与触摸屏的串口通信,控制驱动电源的开断、功率的输出、初始频率的设置以及当前电流和频率的实时显示。再次,运用saber软件对压电换能器在谐振频率附近等效电路的特性进行了仿真分析,得到了串并联谐振频率在空载和加载工况下,匹配电感值对压电换能器输出电流与高频变压器次级电压的相位差的影响规律,压电换能器在空载工况下,其工作于串联谐振状态时的性能较好；而在加载工况下,其工作于并联谐振状态时的性能较好。最后,运用Matlab软件对双振子的阻抗特性进行了分析,设计双振子并联的匹配网络,完成驱动电源的PCB板制作并装箱,利用实验室自行研制的双超声压缩装置,对驱动电源进行了实验研究,实验结果表明振子的跟踪效果较好,达到预期设计要求。通过分析有无超声、压缩时间、可调直流电源的输出电压对压缩密度的影响,并进行正交实验,结果表明：双超声对压缩密度的影响最大。
【作者】付美荣；
【导师】唐勇军；
【作者基本信息】广东工业大学，机械制造及其自动化，2014，硕士
【关键词】双超声压缩；驱动电源；频率自动跟踪；SOPC；双超声振子；

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