多电平开关线性复合式压电陶瓷驱动与控制方法研究
本文选题:多电平 + 推挽 ; 参考:《北京理工大学》2016年硕士论文
【摘要】:压电陶瓷执行器以逆压电效应为主要原理,通过施加幅值可控的外部电压可以驱动其产生微小位移,在超精密定位系统、微电子技术及航天技术等精密工程领域有广泛应用。压电陶瓷驱动电源在效率、功率、输出电压范围和线性度方面有很高要求,当前驱动电源在这些方面尚存在显著不足,本文围绕高压大功率、高效率和低纹波的输出驱动电路开展如下研究工作:设计了多电平开关线性复合式压电陶瓷驱动电源,提出了开关式多电平级联电路为线性式的推挽放大电路供电的思想,此供电电压动态可调,在指令信号驱动下,推挽放大电路输出高效率、大功率和低纹波的高电压。提出了一种复合式压电陶瓷驱动电源电路拓扑,包含输入级的开关式电路和输出级的线性放大电路。通过开关式电路输出两路动态电压,给线性放大电路供电,分析了其工作原理,设计了基于CPS-SPWM补偿的调制方法。研究了所提出的驱动电路的动态供电控制策略;分析了该控制策略下推挽式放大电路的效率,与基本推挽式放大电路进行了对比;针对提高推挽式放大电路的工作效率,进行了动态供电策略的设计,并经过仿真验证驱动电路和调制方法的可行性。完成了复合式压电陶瓷驱动电源系统的设计,搭建了整个驱动电源系统的实验平台。在实验平台上,对提出的驱动电源电路及其控制策略进行实验验证。通过仿真和实验,结果证明所提出的复合式压电陶瓷驱动方法能够实现大功率、高效率和低纹波的高电压输出,输出电压值可调,且具有良好的动态性能。
[Abstract]:Piezoelectric actuators are mainly based on inverse piezoelectric effect, which can be driven by external voltage with controllable amplitude. Piezoelectric actuators are widely used in precision engineering fields such as ultra-precision positioning system, microelectronic technology and aerospace technology. Piezoelectric ceramic drive power supply has high requirements in efficiency, power, output voltage range and linearity. The output drive circuit with high efficiency and low ripple is studied as follows: a multilevel switched linear composite piezoelectric ceramic driving power supply is designed, and the idea that the switched multilevel cascade circuit supplies power to the linear push-pull amplifier circuit is proposed. The power supply voltage is dynamically adjustable, and the push-pull amplifier circuit outputs high voltage with high efficiency, high power and low ripple. In this paper, a hybrid piezoelectric ceramic drive circuit topology is proposed, which includes an input stage switching circuit and an output stage linear amplifier circuit. By outputting two dynamic voltages to supply power to the linear amplifier circuit, the working principle of the circuit is analyzed, and the modulation method based on CPS-SPWM compensation is designed. This paper studies the dynamic power supply control strategy of the drive circuit, analyzes the efficiency of the push-pull amplifier circuit under the control strategy, compares it with the basic push-pull amplifier circuit, and improves the working efficiency of the push-pull amplifier circuit. The dynamic power supply strategy is designed, and the feasibility of driving circuit and modulation method is verified by simulation. The design of composite piezoelectric ceramic driving power supply system is completed, and the experimental platform of the whole drive power supply system is built. On the experimental platform, the proposed driving power supply circuit and its control strategy are verified experimentally. The results of simulation and experiments show that the proposed method can achieve high voltage output with high power, high efficiency and low ripple. The output voltage can be adjusted and has good dynamic performance.
【学位授予单位】:北京理工大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2016
【分类号】:TM46
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,本文编号:1848104
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