電磁感應(yīng)加熱具有加熱速度快、效率高、控制精確、環(huán)保、使用壽命長等獨(dú)特的加熱優(yōu)勢,已逐步成為現(xiàn)代加熱方式的主流,特別是在工業(yè)生產(chǎn)中具有廣闊的應(yīng)用前景。本課題的應(yīng)用對象是石油鉆鋌的熱處理,是基于電磁感應(yīng)加熱技術(shù)對鉆鋌進(jìn)行加熱的設(shè)備。

本課題采用TI公司生產(chǎn)的DSP芯片——TMS320F2812作為主控制器,實(shí)現(xiàn)感應(yīng)加熱電源的頻率跟蹤和功率控制,該控制器相比于傳統(tǒng)的單片機(jī)控制具有集成度高、數(shù)據(jù)處理能力強(qiáng)等優(yōu)勢。

數(shù)字信號處理(Digital Signal Processing，簡稱DSP)是一門涉及許多學(xué)科而又廣泛應(yīng)用于許多領(lǐng)域的新興學(xué)科。20世紀(jì)60年代以來，隨著計(jì)算機(jī)和信息技術(shù)的飛速發(fā)展，數(shù)字信號處理技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生并得到迅速的發(fā)展。數(shù)字信號處理是一種通過使用數(shù)學(xué)技巧執(zhí)行轉(zhuǎn)換或提取信息，來處理現(xiàn)實(shí)信號的方法，這些信號由數(shù)字序列表示。在過去的二十多年時(shí)間里，數(shù)字信號處理已經(jīng)在通信等領(lǐng)域得到較為廣泛的應(yīng)用。德州儀器、Freescale等半導(dǎo)體廠商在這一領(lǐng)域擁有很強(qiáng)的實(shí)力。

DSP在控制算法上采用模糊控制實(shí)現(xiàn)感應(yīng)加熱電源的功率調(diào)節(jié),使負(fù)載隨著溫度的變化而不斷改變輸出功率值。模糊控制與傳統(tǒng)PID控制相比,不依賴控制對象精確的數(shù)學(xué)模型,具有良好的魯棒性和抑制超調(diào)的能力,且調(diào)功過渡時(shí)間短、電壓超調(diào)小和穩(wěn)態(tài)精確度高等優(yōu)點(diǎn)。在鎖相環(huán)控制上利用TMS320F2812豐富的片內(nèi)資源實(shí)現(xiàn)數(shù)字鎖相環(huán)(DPLL)控制,實(shí)現(xiàn)輸出頻率對負(fù)載頻率的自動(dòng)跟蹤。數(shù)字鎖相環(huán)(DPLL)精度高、抗干擾能力強(qiáng)、穩(wěn)定性好,可提高感應(yīng)加熱電源的輸出效率,保證逆變器工作在軟開關(guān)狀態(tài)。 本文首先介紹感應(yīng)加熱基本原理,對感應(yīng)加熱電源常見的兩種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和調(diào)功方式進(jìn)行分析比較。在理論分析的基礎(chǔ)上完成了系統(tǒng)硬件電路、控制電路的方案設(shè)計(jì)。其中硬件電路包括主電路、MOSFET驅(qū)動(dòng)電路、調(diào)理電路、保護(hù)電路及電源模塊等,控制電路主要包括控制芯片及外圍電路等。由于感應(yīng)加熱電源工作在高壓、大電流場合,設(shè)備會(huì)受到很強(qiáng)的電磁干擾,為避免電磁干擾對負(fù)載輸出值產(chǎn)生一定的影響,本文從四個(gè)方面介紹了抗干擾性的方法及設(shè)計(jì)。最后對整個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)進(jìn)行仿真并調(diào)試,并給出仿真波形和實(shí)驗(yàn)結(jié)果。