基于FPGA的大功率压电陶瓷数字驱动电源设计

目前叠堆型压电陶瓷最高能够产生70kN的推力,且具有纳米级的精密定位.为提高压电陶瓷驱动电源的输出性能和精确度,提出了一种基于FPGA的大功率高精度压电陶瓷数字驱动电源的设计,具有100倍固定输出增益.该驱动电源以FPGA作为控制核心,采用半桥逆变的电路拓扑,同时引入闭环控制调节输出电压.在等效电容为5 μF的压电陶瓷...     

桥梁无线监测压电供能

为了解决桥梁无线监测的长期能量供应问题,设计了一种压电陶瓷电源和能量存储电路.通过对压电陶瓷电源的能量计算和实验测试,表明压电陶瓷电源满足桥梁无线监测能量供应的要求.     

基于PA95的新型压电陶瓷驱动电源

压电陶瓷驱动电源是压电陶瓷微位移器应用中的关键部件。PA95是一种高压、高精度的MOSFET运算放大器。文章介绍了一种基于PA95的新型压电陶瓷驱动电源,详细介绍了电源复合放大电路部分的设计原理并对其稳定性进行了分析。实验表明该电源具有精度高,驱动能力强,结构简单,稳定性好的特点,在5kHz频率范围内有效实现5V信号到350V的动态放大,最大稳态输出电流120mA。     

医用X光机高压电源的设计与研究

设计了一种新型的医用X光机高压电源电路,该电源采用了集成控制芯片UC3525A,提高了电路的抗干扰能力和稳定性。电源输出的电压经过电阻的分压直接采样后通过反馈回路给控制电路,从而形成闭环控制,可以精确控制输出的电压值。该电路主要包括控制电路、变换电路、倍压电路以及反馈电路几个部分。     

空间激光通信系统精跟踪单元PZT驱动电源的设计

压电陶瓷驱动电源是压电陶瓷微位移器应用中的关键部件。PA85是一种高电压、高功率MOSFET的带宽运算放大器,采用双电源供电,输出电流高达200mA,输出电压更可高达±215V。该文详细介绍了基于PA85的一种电源复合放大器的设计及仿真,通过对各项性能指标的仿真表明,该驱动电源具有精度高、分辨率高、稳定性好、纹波小和电路结构简单等优点。     

基于虚拟仪器的压电微位移驱动器线性化研究

根据压电陶瓷的非线性特性,提出了一种采用离散电压标定和控制压电微位移驱动器线性化的方法。利用数模输出卡,输出不同步长的单个的离散电压,控制压电陶瓷伸长的速度,从而达到利用选取的电压值参数来控制压电陶瓷伸长速度的目的。选取恰当的电压值,可以使得压电驱动器在时间域上线性地伸长而达到线性化。设计基于Labview的控制系统,并对线性化方法进行了原理分析和实验。实验结果表明,该系统可以有效地在0—300V范围内使压电微位移驱动器的伸长量与时间成线性关系,定位精度为1nm。     

嵌入式预充电电源控制系统的设计与实现

研制了基于PC/104总线为核心的嵌入式预充电电源控制系统,重点阐述了该控制系统的硬件结构与软件设计;该控制系统以SBC-4680为控制系统主板,通过PC/104总线控制PCM-5120模拟量输入输出卡,控制PCM-5134的IO和定时计数卡,同时制作相应的接口电路及看门狗电路,在DOS操作系统中,利用C++编写底层软件,控制中采用PID算法及特殊数据处理方法,利用VB编写上位机操作界面与图形显示软件,实现与底层软件的以太网通信、信号的实时传输、显示与处理;实验证明,采用此预充电控制系统以后,使高压电源的波头质量得到极大提高,既消除了震荡,又避免了电压跌落等情况的出现,同时该电源的控制精度达到1%,因此,该控制系统完全满足电源控制及保护需要。     

基于单片机控制多路PZT的驱动电路设计

设计了一种基于C8051F005单片机控制多路PZT(压电陶瓷)的驱动电路,采用串行数据传输的方法,利用新型数模转换器AD5308具有8通道DAC输出的特性,极大的简化了电路设计,给出了硬件系统设计和软件流程图以及主要的软件模块设计.本电路主要用于自适应光学合成孔径成像相位实时校正系统中.结果表明,该电路可以成功为12路PZT提供所需的驱动电压.     

微型压电陶瓷振动发电技术研究综述

信息技术的飞速发展并没有带动电源技术的快速发展,电源的能量密度没有明显的提高。压电陶瓷振动发电机是一种持久、清洁、免维护的新型发电装置。压电陶瓷发电技术的研究已得到广泛重视,在无线传感器网络自供电方面具有较广阔的应用前景。分析了压电陶瓷发电的原理,阐述了压电陶瓷的发电方式、电能存储方式、电路匹配的方法及其典型应用,对今后的发展方向和热点问题进行了总结。     

桥梁监测无线传感压电电源

提出了一种桥梁无线传感压电陶瓷电源,分析了压电陶瓷电源的能量计算,制作了压电陶瓷电源的模型并进行了加速度(载荷)的测试实验。得到了该电源在不同加速度(载荷)下的能量输出,输出电能与载荷脉冲作用速度的关系。研究结果表明压电陶瓷电源满足桥梁无线传感能量供应的要求。     

新型F-P腔滤波器的性能分析及控制

介绍了一种实用新型法布里珀罗(F-P)腔滤波器的结构设计和工作原理,它以光纤准直器与光学膜片组成F-P腔和以逆压电效应型微位移器进行腔长调谐。分析了F-P腔滤波器的机械特性及其对扫描特性的影响,通过调整输入波形的形式来修正F-P腔滤波器的扫描畸变,从而达到计算机控制F-P腔滤波器扫描的高精度和可控性。F-P腔滤波器的扫描位移可达到1μm以上,扫描频率高于160Hz,自由谱区达50 nm,扫描线性度为1%。     

基于ANSYS的压电圆片振子径向振动模式分析

压电陶瓷问世不过几十年,然而发展非常迅速,压电陶瓷振子的应用日趋广泛.为了更深入研究压电振子的特性,在ANSYS的软件平台上,对压电圆陶瓷片振子进行建模仿真;利用有限元分析方法,得到压电圆陶瓷片的多阶振动模式.再根据谐振理论,对其输入导纳-频率关系进行分析.结合模态分析结果文件进行筛选,得到了压电陶瓷圆片径向振动频率,最后通过理论分析和实验测试,验证了仿真值比理论值更接近测试值.相对传统的振动模式分析方法,此方法更为简单、准确、直观.     

Simultaneous compensation of hysteresis and creep in a single piezoelectric actuator by open-loop control for quasi-static space active optics applications

Owing to their excellent properties piezoelectric actuators are studied as embedded elements for the quasi-statically active shape control of spatial optical mirrors. However, unwanted nonlinear effects in piezoelectric actuators, i.e., hysteresis and creep, severely limit their performance. This paper aims at developing a control methodology to compensate hysteresis and creep in a piezoelectric actuator simultaneously for quasi-static space active applications. In the methodology developed, hysteresis and creep behaviors are successively compensated by open-loop control. First, a derivative Preisach model is proposed to accurately portray the hysteresis while requiring relatively few measurements and describing the detachment between major and minor loops. The inverse derivative Preisach model is derived and inserted in open-loop to achieve hysteresis compensation. Then, the creep in the hysteresis compensated piezoelectric actuator is described by the use of a nonlinear viscoelastic model and a low pass filter is suggested to eliminate the effect of the inverse derivative Preisach model on the step reference input. To invert the creep model, the concept of “input relaxation” is implemented and an inverse multiplicative structure allows identifying the parameters of the inverse model while circumventing the difficulty of a mathematical computation. Finally, by cascading the low pass filter, the inverse model of creep and the inverse derivative Preisach model one after the other with the single piezoelectric actuator, the simultaneous compensation of hysteresis and creep is achieved. Experimental results show that in the case of step-like reference signals the hysteresis and the creep in a piezoelectric actuator can be significantly reduced at the same time. It implies that the developed methodology is effective and feasible in space active optics applications for which quasi-static distortions need to be compensated.     

一种简易心肌细胞搏动压检测单元设计

提出并设计开发一套心肌细胞搏动压检测单元。基于压电薄膜传感器,设计心肌细胞搏动信号前端采集单元,并加入合理的数字滤波算法对采集到的信号进行滤波。经过CAN总线传输,将处理后的数据送到后端触摸屏显示;后端控制单元接受触摸屏输入信号,通过CAN总线将控制信号送到前端,从而实现培养液供给的智能控制。完成系统整体方案设计,前后端单元的硬件电路设计以及相应控制算法的软件开发,经初步试验,实现心肌细胞搏动参数实时检测和显示。该设计为心肌细胞搏动参数实时观察以及无菌、无污染的智能化小规模培养提供一种有效途径。     

一种简易心肌细胞活跃度检测单元设计

基于压电薄膜传感器,提出并设计一套心肌细胞活跃度检测单元,该系统包含心肌细胞搏动信号前端采集单元,并加入合理的数字滤波算法对采集到的信号进行滤波。经过可靠的CAN总线传输,将处理后的数据送到后端触摸屏显示;后端控制单元可接受触摸屏输入信号,通过CAN总线将控制信号送到前端,从而实现培养液供给的智能控制。通过系统整体方案设计,前后端单元的硬件电路设计以及相应控制算法的软件开发,经初步试验,实现心肌细胞搏动参数实时检测和显示,为心肌细胞搏动参数实时观察以及无菌化、无污染的智能化小规模培养提供一种有效途径。     

基于压电陶瓷微位移执行器的精密定位技术研究

阐述了压电陶瓷微位移执行器的驱动原理,介绍了执行器的性能与应用情况;利用自行设计的输出特性测试系统,对WTYD0808042压电陶瓷微位移执行器进行了相关实验研究,分析了执行器的非线性和迟滞特性;采用Duhem算子建立了压电执行器的迟滞模型,利用建立的Duhem模型作为PID反馈控制的前馈环节进行闭环精密定位控制的研究。实验结果表明:该模型能够有效降低非线性和迟滞特性对压电执行器位移输出精度的影响,提高执行器的动态响应特性。     

航空发动机整机振动测量和分析方法

目前国内仍有很多航空发动机试车台使用的是模拟振动测量仪,滤波和积分选择均需针对机型专门定制,灵活性不够,同时也不能分析振动频率,满足不了发动机振动分析的要求。选择合适的振动传感器、振动测量仪并采用合适的软件分析方法,迅速准确地测量发动机的振动值并分析振动频率是发动机厂、所对发动机整机台架试验的要求。在发动机整机振动测量选择了压电式加速度传感器并使用带有抗混滤波的差分放大器以消除频率混叠和共模干扰,编写了专门的振动分析软件,在振动分析软件处理中采用Butterworth滤波器和Flat Top窗函数。该方法能够满足发动机生产厂提出的通带平滑度≤±5%,阻带衰减大于-30dB/倍频程的滤波要求以及对振动测量精度≤±5%的要求。通过研究提出的航空发动机整机振动测量方法准确可靠,能够满足发动机厂、所对试车台架整机振动测量的要求。     

压电式双振子微型发电机功率调节电路设计

为克服压电式单振子微型发电机通过一般整流、滤波和储能控制电路不能连续为瞬时发射功率较大的无线传感器网络发射模块供电的问题,提出了一种双振子振动发电的结构思想,介绍了双振子振动发电原理;提出了一种双振子微型发电机输出功率调节控制电路技术方案,它由主一辅整流电路、主储能器、滤波器、辅助补充能量控制电路、稳压电路、滞回比较器、开关控制电路和电子开关等组成.经实验证明:封装了该功率调节电路的压电式双振子微型发电机平均输出功率为250～950 μw,瞬时输出功率可以达到680 mw,而自身的功耗只有40微瓦以下,能满足连续振动环境中微功耗电子器件、传感器或间歇式较大功耗遥测电路供电的要求.     

基于差动电容传感器的微动定位系统设计

设计并加工了一种结构简单、小巧的微动定位系统,该系统精度较高、扫描范围大且成本低廉.采用簧片结构设计系统的机械结构,使用压电陶瓷作为执行器件,使用差动电容传感器作为位移反馈,实现闭环控制,从而有效克服了压电陶瓷执行器件的迟滞和蠕变效应.介绍了微动定位系统的机械组成和差动电容传感器信号检测电路的工作原理,并对系统进行了测试和标定实验.实验结果显示:该平台能够实现15 μm的扫描,精度约为15 nm,且动态性能良好.     

特种陶瓷液压机系统模糊PID控制的仿真

针对目前特种陶瓷液压机系统参数整定困难的现象,使其抗干扰能力良好,提出一种将模糊控制和常规PID控制相结合的控制方式,将其应用于特种陶瓷液压机控制系统中,通过Simulink建模仿真,对其进行不同信号的激励.通过模糊控制与常规PID控制器仿真结果进行比较,结果表明:当条件变化时,模糊PID能实现参数自整定,得到较好的控制效果,并且能够很好地降低控制对象不确定对系统的影响,一定程度上可以提高系统的跟随性能.