基于DSP的压电陶瓷驱动电源设计

发布时间：2021-05-15 09:11

　　随着微观纳米级科学领域的不断发展,微位移定位技术被广泛应用于航天、航空、微外科手术等对亚微米以至纳米级迫切需求的高精尖领域当中。压电陶瓷作为一种新型实用的微位移驱动定位器件,具有正逆压电效应,且拥有体积小、分辨率高、响应快、承载力大、抗干扰强等相比传统结构无可比拟的优点,正因如此,基于压电陶瓷驱动的微位移定位平台都具有频率响应快、定位精度高、功耗小、不易受干扰等优势。因此,为了满足压电陶瓷在振动平台微位移测试系统中,输出更大范围的微位移及保持更高精度的条件,开发设计出一种能应用于微位移定位平台的国产化、高电压、大功率、高频响、便携式压电陶瓷驱动电源具有重大的科研意义以及实际开发前景。本文首先对压电陶瓷结构性能、压电陶瓷驱动电源研究现状以及压电陶瓷驱动技术进行了研究分析,根据样机预期指标提出了本文设计技术难点。根据压电陶瓷驱动电源的设计原则对主电路单元、数字控制系统进行了选型分析,选用全桥逆变拓扑作为主电路拓扑,选用DSP数字控制器作为控制核心芯片。在此基础上提出了一种设计方案,即全桥逆变电路与隔离DC-DC电路串联作为主电路单元,主电路单元输出正弦电压信号驱动压电陶瓷。并对此方案的硬件... 

【文章来源】：西南科技大学四川省

【文章页数】：74 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
abstract
1 绪论
    1.1 课题背景及研究意义
    1.2 压电陶瓷概述
        1.2.1 压电效应与电致伸缩效应
        1.2.2 压电陶瓷的典型结构及特性
        1.2.3 压电陶瓷等效电路模型
    1.3 压电陶瓷驱动电源研究现状
        1.3.1 研究现状分析
        1.3.2 国内外产品分析
    1.4 压电陶瓷驱动技术分析
        1.4.1 直流放大式压电陶瓷驱动技术
        1.4.2 开关式压电陶瓷驱动技术
    1.5 论文预期指标及技术难点
    1.6 论文内容安排
2 压电陶瓷驱动电源的总体设计
    2.1 压电陶瓷驱动电源的设计原则
        2.2.1 可靠性的设计原则
        2.2.2 经济性的设计原则
    2.2 压电陶瓷驱动电源主电路拓扑选型
    2.3 压电陶瓷驱动电源数字控制系统选型
    2.4 压电陶瓷驱动电源系统总体结构
    2.5 本章小结
3 压电陶瓷驱动电源硬件设计
    3.1 引言
    3.2 主电路单元电路设计
        3.2.1 拓扑分析
        3.2.2 全桥MOS管选型
        3.2.3 功耗计算及散热分析
        3.2.4 LC滤波电路设计
    3.3 主电路单元仿真设计及分析
        3.3.1 电路仿真环境
        3.3.2 全桥逆变电路仿真
        3.3.3 隔离DC-DC电路仿真
    3.4 控制电路设计
        3.4.1 DSP主控芯片选型
        3.4.2 DSP控制电路设计
        3.4.3 隔离驱动电路设计
        3.4.4 反馈电路设计
    3.5 本章小结
4 压电陶瓷驱动电源控制系统软件设计
    4.1 引言
    4.2 系统开发软件环境
    4.3 SPWM信号的生成
    4.4 SPWM电压电流双闭环PI控制策略
        4.4.1 增量式PI控制
        4.4.2 电流内环及电压外环设计
    4.5 DSP程序实现
        4.5.1 主程序
        4.5.2 SPWM信号发生程序
        4.5.3 电压电流双闭环PI控制算法程序
    4.6 本章小结
5 压电陶瓷驱动电源实验结果分析及性能测试
    5.1 引言
    5.2 驱动电源系统实验平台
    5.3 驱动电源系统实验结果分析
    5.4 驱动电源系统性能测试
        5.4.1 线性度测试
        5.4.2 稳定性测试
        5.4.3 频率响应测试
    5.5 本章小结
6 总结与展望
致谢
参考文献
攻读学位期间取得的研究成果


【参考文献】：
期刊论文
[1]一种高稳定性压电驱动电源设计[J]. 张玉婷,张文涛,钱存,张紫杨,陈云.  压电与声光. 2020(01)
[2]一种大容性负载的压电陶瓷驱动电源设计[J]. 钱存,张文涛,杜浩,熊显名.  压电与声光. 2019(05)
[3]基于TMS320F2812的程控逆变电源设计[J]. 汤代斌.  淮海工学院学报(自然科学版). 2019(03)
[4]基于DRV2700的压电陶瓷物镜驱动器电源设计[J]. 黄世玲.  信息技术与信息化. 2019(04)
[5]一种高精度压电陶瓷驱动电源设计[J]. 程俊辉,范青武,刘旭东,郭艺良,张跃飞.  电子世界. 2019(07)
[6]响应速度可调的压电驱动电源研究[J]. 孙冰,陈国栋,周成全,刘正锋,游佳明.  国外电子测量技术. 2019(03)
[7]基于Buck电路的压电陶瓷脉冲驱动电源研究[J]. 廖平,高广彬.  压电与声光. 2018(04)
[8]一种压电陶瓷驱动电源的设计[J]. 冼永标,李克天.  机电工程技术. 2017(05)
[9]Application of piezoelectric transient response in transducer acoustic power measurement[J]. ZENG Miao,SHEN Yong,LI Fu,YANG Zengtao,WANG Hua.  Chinese Journal of Acoustics. 2017(01)
[10]大功率压电陶瓷驱动电源的研究与设计[J]. 赵轩毅,马力辉.  电子测试. 2015(01)

硕士论文
[1]基于非线性Preisach模型的压电陶瓷驱动电源研究[D]. 杨泰梓.哈尔滨工业大学 2019
[2]微型压电致动器驱动电源研究[D]. 金学健.中国科学技术大学 2018
[3]基于ARM和FPGA超声波压电陶瓷数字变频驱动[D]. 李显亮.长沙理工大学 2018
[4]基于电荷反馈控制的压电陶瓷驱动电源研究[D]. 罗富.南京理工大学 2018
[5]压电陶瓷微定位系统的设计及仿真[D]. 唐平.西南交通大学 2017
[6]面向微纳定位平台的压电陶瓷驱动电源设计与开发[D]. 张新超.东北大学 2017
[7]弯振复合型压电驱动器的激励方法与实验研究[D]. 王鼎汶.哈尔滨工业大学 2016
[8]高效率低纹波压电陶瓷驱动电源的研究[D]. 邱海波.西南交通大学 2016
[9]高功率精密压电陶瓷驱动电源的研究与设计[D]. 叶彦.合肥工业大学 2016
[10]压电陶瓷动特性测试与控制技术研究[D]. 赵轩毅.河北大学 2015



本文编号：3187371