基于压电变压器的振动主动控制系统的小型化研究

论文摘要

基于智能结构概念的振动主动控制是目前振动工程领域研究的热点之一,在航空航天领域中有着广阔的应用前景。而振动主动控制的小型化是现代工业技术特别是航天技术发展的迫切需要。本文对智能结构振动主动控制系统的小型化、集成化做了深入的研究。主要内容如下:一、根据压电陶瓷原理设计了电荷放大器电路,将压电传感器的输出信号转变为适合A/D采样的标准电压信号。二、分析了压电陶瓷变压器的工作原理,在对压电变压器的基本工作特性进行分析和试验的基础上,研制了相应电路,用其替代传统变压器实现了DC-DC升压转换。三、利用脉宽调制原理（PWM）设计了开关功率放大电路,实现了对压电元件的驱动。同时对数字功率转换器（DPPC）做了探讨,给出其算法流程图,并与模拟功放、PWM开关功放做了对比分析,为后续研究打下基础。四、利用DSP的ADC模块,实现了三路输入信号的A/D转换;利用事件管理器（EV）的PWM通道,实现了三通道的D/A转换。五、在单输入单输出自适应算法（FXLMS）的基础上,提出了三输入三输出的简化自适应算法（SFXLMS）,该算法具有计算量小,不需要辨识通道数学模型等特点。实验结果表明,该算法在小型振动主动控制系统中取得了较好的控制效果。六、采用上述控制系统对挠性悬臂板进行了弯曲振动的三通道主动控制,挠性板的振动得到了有效的抑制,验证了该控制系统的可行性。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 智能结构振动主动控制系统的发展背景
• 1.3 智能结构振动主动控制系统的基本概念和基本组成
• 1.4 智能结构振动主动控制研究进展
• 1.5 本文研究的内容
• 第二章 压电陶瓷变压器及其特性分析
• 2.1 压电变压器的特点及工作原理
• 2.2 压电变压器的工作特性
• 2.3 本章小结
• 第三章 测量和驱动电路模块的小型化研究
• 3.1 系统工作原理及系统组成
• 3.2 DC-DC 转换
• 3.3 压电传感器测量电路的设计
• 3.3.1 传感元件
• 3.3.2 压电传感器测量电路
• 3.3.3 压电传感器测量电路的设计
• 3.4 压电驱动器的驱动电路
• 3.4.1 压电驱动器
• 3.4.2 PWM 功率放大电路
• 3.4.2.1 开关功放的基本工作原理
• 3.4.2.2 主电路设计
• 3.4.2.3 驱动电路
• 3.5 本章小结
• 第四章 小型化振动主动控制系统总体实现
• 4.1 测控系统设计总体方案
• 4.2 DSP 介绍及选型
• 4.2.1 DSP 系统设计与开发流程
• 4.2.2 DSP 芯片的选择
• 4.3 系统硬件电路设计
• 4.3.1 电源设计
• 4.3.2 时钟电路
• 4.3.3 电路的抗干扰考虑
• 4.3.3.1 电源部分
• 4.3.3.2 器件布局
• 4.3.3.3 印制板布线
• 4.4 系统软件实现
• 4.4.1 DSP 软件编程特点及步骤
• 4.4.1.1 DSP 软件编程特点
• 4.4.1.2 DSP 软件编程的步骤
• 4.4.2 DSP 集成开发环境CCS2.0
• 4.5 实时数据采集
• 4.5.1 三通道模数转换设计
• 4.5.1.1 模数转换模块的特点
• 4.5.1.2 ADC 模块的工作原理
• 4.5.1.3 三通道 AD 程序设计
• 4.5.2 三输入三输出自适应算法的研究
• 4.5.3 三通道数模转换设计
• 4.5.3.1 事件管理器功能概述
• 4.5.3.2 PWM 通道的DA 功能实现原理
• 4.5.3.3 三通道 PWM 信号的程序设计
• 4.5.4 数字脉冲功率转换器（DPPC）的探讨
• 4.5.4.1 DPPC 的工作原理
• 4.5.4.2 DPPC 的特点
• 4.6 本章小结
• 第五章 小型化振动主动控制系统的实验验证
• 5.1 实验对象及压电片布置
• 5.2 振动主动控制系统实验搭建
• 5.3 实验原理和步骤
• 5.4 实验结果
• 5.5 本章小结
• 第六章 全文总结与展望
• 6.1 全文总结
• 6.2 工作展望
• 参考文献
• 致谢
• 在学期间的研究成果及发表的学术论文