【摘 要】
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近些年,国内超导电路加工工艺逐渐成熟,射频电路设计者在微带电路方面的相关设计经验趋于丰富,超导滤波器外围真空制冷技术逐步完善,超导滤波器逐渐从实验室研究迈向实际应用领域,并显现出极大的市场发展前景。超导滤波器在实用化过程中,需要配套相应的控制系统。目前超导滤波器控制系统多是面向实验室环境开发,通常仅支持制冷机的驱动功能。而实际应用中,需要控制系统保证在不同的环境条件下的超导器件控温精度,另外还需具
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近些年,国内超导电路加工工艺逐渐成熟,射频电路设计者在微带电路方面的相关设计经验趋于丰富,超导滤波器外围真空制冷技术逐步完善,超导滤波器逐渐从实验室研究迈向实际应用领域,并显现出极大的市场发展前景。超导滤波器在实用化过程中,需要配套相应的控制系统。目前超导滤波器控制系统多是面向实验室环境开发,通常仅支持制冷机的驱动功能。而实际应用中,需要控制系统保证在不同的环境条件下的超导器件控温精度,另外还需具备远程控制、驱动外围有源射频器件等多种实用功能。因此,开发具有抗环境干扰能力,控温精度高,具有远程监控等多功能超导滤波器控制系统具有重要的现实意义。首先,本文分析了超导滤波器控制系统设计相关的技术。其中,对PID自动控制技术的原理、PID控制参数的调节作用以及对超导滤波器控温造成干扰的因素进行了讨论。针对环境变量对控温精度的扰动问题,设计出一种具有参数自整定功能的PID算法,根据自动过程中受控对象的变化过程对PID控制参数进行整定。其次,本文将自学习PID自动控制算法加入系统设计中。本系统采用Cortex-M0为内核的STM32微处理器为嵌入式控制器的核心CPU,并采用RS485-Ethernet模块和RS485总线构成控制网,实现超导滤波器自由组网应用。然后,对控制器中的电源电路、SPWM逆变电路、温度采集电路、射频开关控制电路等功能电路进行了设计。在硬件设计中,采用模块化的思想,分析器件的工作原理及功能,设计了各功能模块的电路图。在软件设计中,根据硬件电路原理和设计功能分析,设计模块的程序流程图。之后,通过对STM32固件库的研究,结合设计的硬件模块和自学习PID控制算法编写了控制器软件,并运用Python编写了上位PC机客户端软件,实现了系统设计的功能。最后,对控制系统进行了测试,通过对比测试验证了控制器可以实现对PID控制参数的整定,优化后的控制过程响应速度及控温精度均有所改善,验证了系统的抗干扰性,最终实现了实用型超导滤波器控制系统的设计功能。
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