高功率精密压电陶瓷驱动电源的研究与设计

发布时间：2017-09-02 11:20

  本文关键词：高功率精密压电陶瓷驱动电源的研究与设计

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【摘要】：随着科学技术的不断进步以及工业工程的发展,微定位技术已成为科研人员从宏观领域向微观领域扩展研究的一项关键技术。压电陶瓷材料凭借位移分辨力高、不产热、不易受电磁干扰等优点,已成为微定位系统中理想的驱动元件。而驱动电源是驱动压电陶瓷工作的关键部分,本文针对压电陶瓷驱动电源进行了研究和设计。本文研究的内容主要有以下三个方面。(1)建模研究压电陶瓷的驱动特性,归纳出一种预测压电陶瓷驱动特性(电压-位移曲线)的方法；在此基础上,研究了一种补偿压电陶瓷迟滞的算法。实验证明,该预测方法与补偿算法均具有较高可行性和实用性。(2)设计并制作了一套压电陶瓷驱动电源,可输出精确的直流电压,其纹波、线性度、稳定性、重复性等都达到设计要求；为了提高驱动压电陶瓷负载时的频率与响应速度,电源还具有输出功率放大功能。论文完成了电路设计、器件选型和电源制作,并编制了电源控制软件。电源具有与PC机通过通信接口进行通信并发送控制指令的功能。软件部分包括微处理器初始化、中断程序、通信响应程序、D/A控制程序、电压信号采集程序以及压电陶瓷迟滞补偿程序。(3)实验验证该压电陶瓷驱动电源的各项性能指标,包括电压纹波及线性度、稳定性、重复性和实际输出功率；开启迟滞补偿功能验证该电源的迟滞补偿效果；在散斑干涉实际测量中使用该驱动电源,验证其实际工作效果。实验结果表明,该电源各方面指标均达到设计目标要求。
【关键词】：压电陶瓷 驱动电源 驱动特性 迟滞补偿
【学位授予单位】：合肥工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TH703
【目录】：

• 致谢7-8
• 摘要8-9
• ABSTRACT9-15
• 第一章 绪论15-21
• 1.1 课题背景及意义15-16
• 1.2 压电陶瓷迟滞效应及其补偿方法16-17
• 1.2.1 压电陶瓷的迟滞效应16
• 1.2.2 压电陶瓷迟滞效应补偿方法的研究现状16-17
• 1.3 压电陶瓷驱动电源的驱动方法及研究现状17-19
• 1.3.1 压电陶瓷驱动电源的驱动方法17-18
• 1.3.2 压电陶瓷驱动电源的研究现状18-19
• 1.4 本文课题来源及主要研究内容19-21
• 第二章 压电陶瓷驱动特性曲线的研究21-32
• 2.1 压电陶瓷的迟滞效应21-22
• 2.2 不同外型压电陶瓷驱动特性曲线的标定22-23
• 2.3 驱动特性曲线的预测方法23-26
• 2.4 行程预测方法的验证26-28
• 2.5 迟滞曲线的补偿算法28-29
• 2.6 控制效果的实验验证29-31
• 2.7 本章小结31-32
• 第三章 压电陶瓷驱动电源基本设计方案32-36
• 3.1 压电陶瓷驱动电源的设计需求和技术指标32
• 3.2 驱动电源的整体架构32-35
• 3.2.1 驱动电源的硬件电路结构32-34
• 3.2.2 驱动电源的软件组成34-35
• 3.3 本章小结35-36
• 第四章 压电陶瓷驱动电源的具体设计36-56
• 4.1 驱动电源的硬件电路设计36-44
• 4.1.1 驱动电源硬件电路整体结构36-37
• 4.1.2 微处理器及其工作电路37-38
• 4.1.3 USB接口以及转串口电路38
• 4.1.4 D/A转换电路模块38-40
• 4.1.5 线性放大模块40-42
• 4.1.6 功率放大模块42-44
• 4.1.7 电压采集模块44
• 4.2 直流稳压电源44-48
• 4.2.1 板外电源模块设计45-48
• 4.2.2 板上电源模块设计48
• 4.3 PCB设计48-50
• 4.3.1 器件布局规则48-49
• 4.3.2 PCB走线规则49
• 4.3.3 数字地与模拟地的处理49-50
• 4.4 压电陶瓷驱动电源软件设计50-55
• 4.4.1 上位机软件设计50-51
• 4.4.2 串口通信协议设计51-52
• 4.4.3 微处理器软件设计52-55
• 4.5 本章小结55-56
• 第五章 压电陶瓷驱动电源的相关实验56-69
• 5.1 驱动电源的性能指标测定56-60
• 5.1.1 驱动电源的线性度实验56-58
• 5.1.2 驱动电源的重复性实验58-59
• 5.1.3 驱动电源的稳定性实验59-60
• 5.1.4 驱动电源的纹波实验60
• 5.2 压电陶瓷驱动电源的功率放大效果实验60-61
• 5.3 压电陶瓷驱动电源的迟滞补偿效果实验61-62
• 5.4 压电陶瓷驱动电源的激光散斑干涉实验62-68
• 5.4.1 压电陶瓷微位移器标定实验62-63
• 5.4.2 压电陶瓷驱动电源的散斑干涉面外测量实验63-66
• 5.4.3 压电陶瓷驱动电源的散斑干涉面内测量实验66-68
• 5.5 本章小结68-69
• 第六章 总结与展望69-70
• 6.1 总结69
• 6.2 展望69-70
• 参考文献70-73
• 攻读硕士学位期间的学术活动及成果情况73

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本文编号：778250