基于DSP的鋁電磁鑄造磁場控制器的設計和實現

0 引言
鋁合金是重要的民用、戰略金屬材料，其力學性能與合金的晶粒尺寸和形態密切相關。但是未經細化處理的結晶鋁合金晶粒粗大、柱狀晶發達、深拉性能差，嚴重影響其質量。研究表明，在鑄造生產過程中，在鑄造區引入特殊的低頻復合電磁場，可有效地起到細化晶粒和改善鑄錠表面品質的作用。
針對鋁電磁鑄造特殊復合磁場的控制要求，根據前期研究和設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，本文研究和設計了基于DSP(TMS320F2808)+單片機(C8051F410)+CPLD(EPM7128)的復合磁場控制器。

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

1．1 系統硬件設計
(1)系統主電路設計
產生特殊復合磁場的電磁感應裝置是鋁電磁場半連續鑄造的關鍵技術之一。根據電磁半連續鑄造的特殊工藝要求，以及復合磁場感應器的特殊結構，選取了交一交變頻方式作為復合磁場控制器的變頻方式，同時設計了有別于傳統交一交變頻方式的主電路結構，如圖2所示。

L、L'是電磁感應裝置內部環繞在同一個鐵心上的兩個負載線圈(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中得到相應的正半波電流，VR組工作時，線圈L'中得到相應的負半波電流。在同一鐵心上將兩者疊加則相當于在負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，達到控制目的。