新型高精度數(shù)控直流電壓源的設(shè)計與實(shí)現(xiàn).pdf

1、目前，國內(nèi)用于檢定儀器儀表的直流標(biāo)準(zhǔn)電壓源大多數(shù)從國外進(jìn)口，價格高昂，且不易與多功能標(biāo)準(zhǔn)源系統(tǒng)集成使用；而國內(nèi)廠家生產(chǎn)的直流標(biāo)準(zhǔn)電壓源，大都存在著準(zhǔn)確度有限，穩(wěn)定度差等缺點(diǎn)。根據(jù)國內(nèi)市場對高準(zhǔn)確度、高穩(wěn)定度和低成本直流標(biāo)準(zhǔn)電壓源的需求，本文依據(jù)JJG445-86《直流標(biāo)準(zhǔn)電壓源檢定規(guī)程》，對直流標(biāo)準(zhǔn)電壓源在雙閉環(huán)系統(tǒng)下進(jìn)行了研究，給出了一種新型高精度數(shù)控直流電壓源的設(shè)計與實(shí)現(xiàn)方法。
　　通過理論分析比較典型串聯(lián)型穩(wěn)壓電路和單閉環(huán)數(shù)

2、控直流電壓源不足之處，本方案下位機(jī)硬件電路設(shè)計采用了雙閉環(huán)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，分為數(shù)字電路控制模塊、電壓疊加供電電源模塊和模擬穩(wěn)壓電路控制模塊，其中數(shù)字電路控制模塊以STM32F103C8T6微控制器為核心，采用模糊控制算法和固定前饋補(bǔ)償構(gòu)成外環(huán)控制器；內(nèi)環(huán)中選擇由運(yùn)算放大器電路設(shè)計的比例-積分控制器進(jìn)行串聯(lián)校正，相比數(shù)字離散系統(tǒng)，硬件電路構(gòu)成的PI控制器可連續(xù)地對干擾進(jìn)行衰減和抑制。確定下位機(jī)硬件電路系統(tǒng)結(jié)構(gòu)后，合理地選擇元器件和設(shè)計具體的硬件

3、電路，分析計算下位機(jī)硬件電路的理論誤差，確保能夠滿足高精度和高穩(wěn)定度的要求。后文在Matlab/Simulink仿真中，使用最小二乘參數(shù)辨識法對被控對象場效應(yīng)管進(jìn)行了系統(tǒng)辨識，并分別對單閉環(huán)數(shù)控直流電壓源和文本提出的雙閉環(huán)直流電壓源的控制方法進(jìn)行了仿真分析和比較研究。仿真結(jié)果表明雙閉環(huán)直流電壓源的精度得到了提高，具有更好的動態(tài)抗干擾性能，穩(wěn)定度得到了提升，并且降低了對高速模數(shù)轉(zhuǎn)換器的依賴，可降低成本，具有良好的市場前景。
　　為了

4、便于直流標(biāo)準(zhǔn)電壓源集成到多功能標(biāo)準(zhǔn)源系統(tǒng)中，新型高精度數(shù)控直流電壓源設(shè)備由上位機(jī)平臺搭建客戶端人機(jī)交互界面，下位機(jī)通過STM32F103C8T6控制網(wǎng)絡(luò)芯片工作在服務(wù)器端，上位機(jī)和下位機(jī)間的通訊通過以太網(wǎng)進(jìn)行指令和數(shù)據(jù)交換。上位機(jī)人機(jī)交互界面，可實(shí)現(xiàn)校準(zhǔn)、輸入給定電壓值、顯示當(dāng)前監(jiān)視電壓、設(shè)置下位機(jī)IP地址和端口等功能。使用Qt5.3編譯環(huán)境對上位機(jī)應(yīng)用程序進(jìn)行編程，可滿足不同客戶要求應(yīng)用程序在Windows系統(tǒng)和Linux系統(tǒng)下跨平臺

5、運(yùn)行。系統(tǒng)平臺構(gòu)建可選擇個人計算機(jī)運(yùn)行Windows系統(tǒng)，或選配廠商提供的ARM11架構(gòu)的Raspberry PI Model B+微型計算機(jī)主板搭建Linux系統(tǒng)平臺。
　　總結(jié)本方案，本文詳細(xì)闡述了整個系統(tǒng)的理論依據(jù)和軟硬件設(shè)計方法，并對系統(tǒng)功能進(jìn)行了測試。測試表明，本文設(shè)計實(shí)現(xiàn)的新型高精度數(shù)控直流電壓源系統(tǒng)達(dá)到了JJG445-86《直流標(biāo)準(zhǔn)電壓源檢定規(guī)程》的要求，輸出電壓準(zhǔn)確度可達(dá)萬分之一，穩(wěn)定度為十萬分之三，電壓幅值100