基于DSP的鋁電磁鑄造磁場控制器的設(shè)計和實現(xiàn)

0 引言
鋁合金是重要的民用、戰(zhàn)略金屬材料，其力學(xué)性能與合金的晶粒尺寸和形態(tài)密切相關(guān)。但是未經(jīng)細(xì)化處理的結(jié)晶鋁合金晶粒粗大、柱狀晶發(fā)達(dá)、深拉性能差，嚴(yán)重影響其質(zhì)量。研究表明，在鑄造生產(chǎn)過程中，在鑄造區(qū)引入特殊的低頻復(fù)合電磁場，可有效地起到細(xì)化晶粒和改善鑄錠表面品質(zhì)的作用。
針對鋁電磁鑄造特殊復(fù)合磁場的控制要求，根據(jù)前期研究和設(shè)計的鋁電磁場快速鑄軋控制器在福建瑞閩鋁板帶廠的實際運行情況，本文研究和設(shè)計了基于DSP(TMS320F2808)+單片機(jī)(C8051F410)+CPLD(EPM7128)的復(fù)合磁場控制器。

1 系統(tǒng)總體設(shè)計
復(fù)合磁場控制系統(tǒng)以DSP(TMS320F2808)為主控制處理核心，以單片機(jī)為專用人機(jī)接口控制核心，DSP和單片機(jī)之間采用同步串行SPI接口進(jìn)行通信；CPLD完成晶閘管觸發(fā)脈沖的形成，本文特別設(shè)計了采用高頻雙窄脈沖列的觸發(fā)方式；各模擬量的采集基于提高精度的考慮選用外擴(kuò)雙極性16位的AD。系統(tǒng)總體框圖如圖1所示。

1．1 系統(tǒng)硬件設(shè)計
(1)系統(tǒng)主電路設(shè)計
產(chǎn)生特殊復(fù)合磁場的電磁感應(yīng)裝置是鋁電磁場半連續(xù)鑄造的關(guān)鍵技術(shù)之一。根據(jù)電磁半連續(xù)鑄造的特殊工藝要求，以及復(fù)合磁場感應(yīng)器的特殊結(jié)構(gòu)，選取了交一交變頻方式作為復(fù)合磁場控制器的變頻方式，同時設(shè)計了有別于傳統(tǒng)交一交變頻方式的主電路結(jié)構(gòu)，如圖2所示。

L、L'是電磁感應(yīng)裝置內(nèi)部環(huán)繞在同一個鐵心上的兩個負(fù)載線圈(注意兩者之間沒有電氣連接)，VF組和VR組變流器均采用三相橋式全控整流。VF組工作時，線圈L中得到相應(yīng)的正半波電流，VR組工作時，線圈L'中得到相應(yīng)的負(fù)半波電流。在同一鐵心上將兩者疊加則相當(dāng)于在負(fù)載線圈中引入了一個完整的電磁鑄造所需的特殊電流，從而最終獲得特殊的電磁場，達(dá)到控制目的。