如图3.6所示的即为本仿真的PID电路模块设计。
图3.6 PID电路模块
4实验仿真结果
整个系统将上述的4个模块连接到一起,整个感应加热的框图如图4.1所示。
图4.1 感应加热电源系统框图
在系统中建立了3个仿真模块:IGBT模块;锁相环频率跟踪模块;PID控制模块。IGBT负责加热负载,并做开关控制,锁相环通过频率跟踪以及设置回路达到闭环控制,PID通过比例积分微分控制系统的功率,使得功率稳定。在实验仿真中,输出电压达到了预计要求,锁相回路工作正常,并且有了频率跟踪的功能。具体仿真见下文。
本次仿真只针对了逆变部分,输入电压为直流400V,功率器件采用IGBT,负载为RLC串联电路。仿真图如图4.2~4.5所示。
图4.2所示的是本次设计的整体图,其中包括了一个主电路模块,一个控制电路模块,还有测试模块,以及输入的直流电压,输出的结果可以通过示波器直观的显示出来。其中主电路采用的是IGBT功率器件。图4.3是主电路设计图,其中采用IGBT作为功率器件,其放大图如图4.4所示。
图4.2 系统整体仿真图
图4.3 主电路设计图
图4.4 IGBT功率器件图
图4.5 控制回路设计图
通过上述几个模块的分析与设计,之后来验证设计的合理性。图4.6~4.8分别是几个示波器显示出来的信号变化。从图4.6中可以看出,整个仿真在刚开始运行后,便很快的稳定在一个频率值,说明锁相环通过频率跟踪以及设置回路达到了闭环控制。从图4.7中可以看出,系统的功率稳定在一个值附近,上下波动值很小,更能直观的看出PID通过比例积分微分控制系统的功率。最后图4.8显示的是输出电压与电流,其中,输出电压是方波,输出电流是正弦波。
图4.6 频率示波器显示图
图4.7 功率控制示波器显示图
图4.8 输出电压与电流波形
整个系统的工作过程大致如下:给系统一个初始电压,可以控制IGBT模块进行加热,为了达到一定的功率控制,输出端通过锁相环频率跟踪控制的反馈回路,反作用于输入信号,做到了闭环控制回路。
本次设计仿真采用全桥电路,利用IGBT作为主要元件,串联RLC电路做负载。频率稳定在200KHz左右,输出为方波电压与正弦电流,锁相频率跟踪电路以及PID控制电路,最终达到了预期的实验效果,证明了设计的合理性。
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