基于SPWM控制的恒溫裝置的設(shè)計(jì)研究

摘要：在電力和機(jī)械制造業(yè)應(yīng)用中的熱壓機(jī)，它是對(duì)工件進(jìn)行加壓和加熱處理的機(jī)器設(shè)備。而SJJ系列熱壓機(jī)主要用于金剛石等一些超硬材料工具的制造，它與我們?cè)O(shè)計(jì)的電源系統(tǒng)配套使用。硬件設(shè)計(jì)：闡述了整體硬件設(shè)計(jì)的框架。并且介紹驅(qū)動(dòng)電路、逆變電路、CPU、輔助電源設(shè)計(jì)方案、保護(hù)電路以及驅(qū)動(dòng)電路和調(diào)試的接口的設(shè)計(jì)。軟件設(shè)計(jì)：闡述了本次設(shè)計(jì)調(diào)試程序所用到的工具AREWARM開(kāi)發(fā)環(huán)境，用到了ST公司本身的固件庫(kù)函數(shù)。

關(guān)鍵詞：熱壓機(jī)；SPWM控制；STM32FIO3IGBT；逆變電路；PID

中圖分類(lèi)號(hào)：TP311.52 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-9599 （2012） 22-0000-02

1 概述

熱壓機(jī)的加熱原理：

加熱電源配套使用的熱壓機(jī)。是利用粉末冶金熱壓法來(lái)壓制工件。使用電阻加熱法將金剛石粉末壓制到胎體上。原理是一個(gè)大功率的變壓器產(chǎn)生一個(gè)低電壓大電流，通過(guò)圖1所示的上下銅電極，再流過(guò)石墨磨具對(duì)加工品進(jìn)行加熱，使其快速達(dá)到預(yù)設(shè)溫度。上壓頭的足夠大的壓力來(lái)保證工件的壓制任務(wù)的成功。

2 系統(tǒng)硬件構(gòu)成和它的工作原理

熱壓機(jī)控制系統(tǒng)的硬件部分：

熱壓機(jī)控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)，主要是圍繞功率主電路展開(kāi)的。在設(shè)計(jì)上提出了3個(gè)電流檢測(cè)量、5個(gè)電壓檢測(cè)量、2個(gè)溫度檢測(cè)量和2個(gè)校準(zhǔn)檢測(cè)量。每個(gè)模塊之間采用插座相連接，總共采用了六個(gè)模塊，除了IGBT驅(qū)動(dòng)保護(hù)模塊、功率主電路模塊，還有測(cè)量檢測(cè)保護(hù)控制模塊、CPU核心運(yùn)算處理模塊、輔助電源模塊、變壓器次級(jí)能量釋放模塊。每個(gè)模塊都做成一塊單獨(dú)的電路板。硬件構(gòu)成框圖如下：

3 系統(tǒng)軟件構(gòu)成設(shè)計(jì)

一般用查表法和計(jì)算法的軟件方式來(lái)實(shí)現(xiàn)SPWM波。查表法是提前計(jì)算出對(duì)應(yīng)的脈寬數(shù)據(jù)，再寫(xiě)入到片內(nèi)FLASH，工作時(shí)由其計(jì)算算得到脈寬和占空比，可以使IGBT的導(dǎo)通時(shí)間得到控制。根據(jù)理論來(lái)算出脈寬函數(shù)的表達(dá)式，接著計(jì)算獲取相應(yīng)的脈寬及占空比的方法是計(jì)算法。

PWM工作方式使用邊沿對(duì)齊模式。邊沿對(duì)齊模式是先設(shè)置相應(yīng)的控制位，向上計(jì)數(shù)，當(dāng)計(jì)數(shù)值CNTARR時(shí)會(huì)輸出保持為1，此時(shí)占空比1000/0，如果CCR=0是輸出保持為O，此時(shí)占空比0%。若ARR=8時(shí)，各種情況的PWM波形如圖3所示，同理可得應(yīng)設(shè)置向下計(jì)數(shù)。

溫度用PID控制：

比例積分微分控制是將偏差，通過(guò)比例積分微分的線性組合的方式進(jìn)行控制。將偏差通過(guò)線性組合構(gòu)成控制量來(lái)控制被控對(duì)象。

集成開(kāi)發(fā)環(huán)境EWARM介紹：

本課題選用IARsystems公司的集成開(kāi)發(fā)環(huán)境REmbeddedWorkbenchforARM（E認(rèn)ARM）作為研究開(kāi)發(fā)環(huán)境。程序的設(shè)計(jì)和實(shí)驗(yàn)結(jié)果主要是針對(duì)BUCK變換器的控制，總體過(guò)程情況是系統(tǒng)上電完成后，完成初始化，接著啟動(dòng)定時(shí)器就開(kāi)始計(jì)數(shù)，進(jìn)入了循環(huán)等待中斷。

4 結(jié)語(yǔ)

本研究根據(jù)熱壓機(jī)的一些要求，先完成控制系統(tǒng)的總體方案，并在其基礎(chǔ)上思考設(shè)計(jì)系統(tǒng)的軟硬件，接著進(jìn)行調(diào)試。在高壓情況中，如能實(shí)現(xiàn)對(duì)其聯(lián)網(wǎng)控制、遠(yuǎn)程終端等則會(huì)增加它的實(shí)用價(jià)值。

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[作者簡(jiǎn)介]

吳睿（1989-），男，漢族，江蘇連云港人，專(zhuān)業(yè)方向?yàn)殡姎夤こ獭?/p>