固态脉冲功率源控制系统研究

来源 :西南交通大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:jojoy9912004
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脉冲功率技术自兴起以来,几十年的时间内飞速发展,如今已应用到人类进步中的方方面面。各式的脉冲功率装置在世界各地不断兴建,相应的控制系统也在这类学科中起着十分重要的作用,其决定了脉冲功率源运行的可靠性和稳定性。本文针对固态直线变压器驱动源(LTD),对其进行工作原理上的简介并在分析国内外现状的基础上制定技术路线,给出详细的控制方案,基于此方案展开软件设计与硬件设计,最后对各单元模块做出调试或实验,验证了方案的可行性。首先,采用了虚拟仪器技术完成功能控制单元设计。对硬件平台以及专用IO模块做出相应的选型,并采用模块化设计思路,对各功能程序独立设计,提高设计利用率。通过网络流与共享变量完成下位机与上位机通信设计,分别阐述通信方式的优缺点,保证了数据及指令传输的正确性;从功能按钮、数据显示和参数设置三个方面完成上位机功能设计,并实现交互界面的优化;设计下位机模块对控制指令的解析并执行,采用FPGA模式对不同IO模块进行编程,其中包括了数字IO卡完成继电器模块上电控制、不同模式下的充电控制,采集IO卡完成对输出电压电流的采集,CAN通信板卡实现对电源电流输出控制。其次,就触发信号的多路时序输出做进一步设计。在ZYNQ-7000中进行FPGA逻辑电路设计和ARM核处理器设计。FPGA逻辑电路从两个方面设计对触发信号的时序输出,包括测量和输出。测量部分利用了FPGA内部逻辑单元延时小,扩展性强的优点,采用CRAAY4构造高精度进位链实现对时间数字转换器(TDC)的设计,测量触发信号与时钟的延时误差,理论测量精度27ps。输出部分采用粗细延时结合的方式输出信号。粗延时通过脉冲计数法,对信号实现5ns时钟周期的整数倍延时,细延时采用FPGA高性能I/O内部IDELAY和ODELAY级联,延时精度78ps。最后将设计打包成自定义IP核,与ARM软核IP互连,并导出硬件平台在SDK(Software Development Kit)进行软件设计。最终仿真与实验结果表明该时序触发系统能做到精确延时,且扩展性强。最后,文章对驱动电路做出分析与研究,采用初级一匝次级多匝的微型LTD结构,以脉冲形成网络作为驱动电路初级电流信号,建立等效拓扑电路,通过Simulink对电路进行仿真,验证其可行性。搭建实际电路进行实验验证,次级采用50级磁芯叠加,单级磁芯两匝绕组,实验结果表明100路输出信号输出稳定,同步性好。
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