本文關(guān)鍵詞：高功率精密壓電陶瓷驅(qū)動電源的研究與設(shè)計

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【摘要】：隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進步以及工業(yè)工程的發(fā)展,微定位技術(shù)已成為科研人員從宏觀領(lǐng)域向微觀領(lǐng)域擴展研究的一項關(guān)鍵技術(shù)。壓電陶瓷材料憑借位移分辨力高、不產(chǎn)熱、不易受電磁干擾等優(yōu)點,已成為微定位系統(tǒng)中理想的驅(qū)動元件。而驅(qū)動電源是驅(qū)動壓電陶瓷工作的關(guān)鍵部分,本文針對壓電陶瓷驅(qū)動電源進行了研究和設(shè)計。本文研究的內(nèi)容主要有以下三個方面。(1)建模研究壓電陶瓷的驅(qū)動特性,歸納出一種預(yù)測壓電陶瓷驅(qū)動特性(電壓-位移曲線)的方法；在此基礎(chǔ)上,研究了一種補償壓電陶瓷遲滯的算法。實驗證明,該預(yù)測方法與補償算法均具有較高可行性和實用性。(2)設(shè)計并制作了一套壓電陶瓷驅(qū)動電源,可輸出精確的直流電壓,其紋波、線性度、穩(wěn)定性、重復(fù)性等都達到設(shè)計要求；為了提高驅(qū)動壓電陶瓷負(fù)載時的頻率與響應(yīng)速度,電源還具有輸出功率放大功能。論文完成了電路設(shè)計、器件選型和電源制作,并編制了電源控制軟件。電源具有與PC機通過通信接口進行通信并發(fā)送控制指令的功能。軟件部分包括微處理器初始化、中斷程序、通信響應(yīng)程序、D/A控制程序、電壓信號采集程序以及壓電陶瓷遲滯補償程序。(3)實驗驗證該壓電陶瓷驅(qū)動電源的各項性能指標(biāo),包括電壓紋波及線性度、穩(wěn)定性、重復(fù)性和實際輸出功率；開啟遲滯補償功能驗證該電源的遲滯補償效果；在散斑干涉實際測量中使用該驅(qū)動電源,驗證其實際工作效果。實驗結(jié)果表明,該電源各方面指標(biāo)均達到設(shè)計目標(biāo)要求。
【關(guān)鍵詞】：壓電陶瓷 驅(qū)動電源 驅(qū)動特性 遲滯補償
【學(xué)位授予單位】：合肥工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TH703
【目錄】：

• 致謝7-8
• 摘要8-9
• ABSTRACT9-15
• 第一章 緒論15-21
• 1.1 課題背景及意義15-16
• 1.2 壓電陶瓷遲滯效應(yīng)及其補償方法16-17
• 1.2.1 壓電陶瓷的遲滯效應(yīng)16
• 1.2.2 壓電陶瓷遲滯效應(yīng)補償方法的研究現(xiàn)狀16-17
• 1.3 壓電陶瓷驅(qū)動電源的驅(qū)動方法及研究現(xiàn)狀17-19
• 1.3.1 壓電陶瓷驅(qū)動電源的驅(qū)動方法17-18
• 1.3.2 壓電陶瓷驅(qū)動電源的研究現(xiàn)狀18-19
• 1.4 本文課題來源及主要研究內(nèi)容19-21
• 第二章 壓電陶瓷驅(qū)動特性曲線的研究21-32
• 2.1 壓電陶瓷的遲滯效應(yīng)21-22
• 2.2 不同外型壓電陶瓷驅(qū)動特性曲線的標(biāo)定22-23
• 2.3 驅(qū)動特性曲線的預(yù)測方法23-26
• 2.4 行程預(yù)測方法的驗證26-28
• 2.5 遲滯曲線的補償算法28-29
• 2.6 控制效果的實驗驗證29-31
• 2.7 本章小結(jié)31-32
• 第三章 壓電陶瓷驅(qū)動電源基本設(shè)計方案32-36
• 3.1 壓電陶瓷驅(qū)動電源的設(shè)計需求和技術(shù)指標(biāo)32
• 3.2 驅(qū)動電源的整體架構(gòu)32-35
• 3.2.1 驅(qū)動電源的硬件電路結(jié)構(gòu)32-34
• 3.2.2 驅(qū)動電源的軟件組成34-35
• 3.3 本章小結(jié)35-36
• 第四章 壓電陶瓷驅(qū)動電源的具體設(shè)計36-56
• 4.1 驅(qū)動電源的硬件電路設(shè)計36-44
• 4.1.1 驅(qū)動電源硬件電路整體結(jié)構(gòu)36-37
• 4.1.2 微處理器及其工作電路37-38
• 4.1.3 USB接口以及轉(zhuǎn)串口電路38
• 4.1.4 D/A轉(zhuǎn)換電路模塊38-40
• 4.1.5 線性放大模塊40-42
• 4.1.6 功率放大模塊42-44
• 4.1.7 電壓采集模塊44
• 4.2 直流穩(wěn)壓電源44-48
• 4.2.1 板外電源模塊設(shè)計45-48
• 4.2.2 板上電源模塊設(shè)計48
• 4.3 PCB設(shè)計48-50
• 4.3.1 器件布局規(guī)則48-49
• 4.3.2 PCB走線規(guī)則49
• 4.3.3 數(shù)字地與模擬地的處理49-50
• 4.4 壓電陶瓷驅(qū)動電源軟件設(shè)計50-55
• 4.4.1 上位機軟件設(shè)計50-51
• 4.4.2 串口通信協(xié)議設(shè)計51-52
• 4.4.3 微處理器軟件設(shè)計52-55
• 4.5 本章小結(jié)55-56
• 第五章 壓電陶瓷驅(qū)動電源的相關(guān)實驗56-69
• 5.1 驅(qū)動電源的性能指標(biāo)測定56-60
• 5.1.1 驅(qū)動電源的線性度實驗56-58
• 5.1.2 驅(qū)動電源的重復(fù)性實驗58-59
• 5.1.3 驅(qū)動電源的穩(wěn)定性實驗59-60
• 5.1.4 驅(qū)動電源的紋波實驗60
• 5.2 壓電陶瓷驅(qū)動電源的功率放大效果實驗60-61
• 5.3 壓電陶瓷驅(qū)動電源的遲滯補償效果實驗61-62
• 5.4 壓電陶瓷驅(qū)動電源的激光散斑干涉實驗62-68
• 5.4.1 壓電陶瓷微位移器標(biāo)定實驗62-63
• 5.4.2 壓電陶瓷驅(qū)動電源的散斑干涉面外測量實驗63-66
• 5.4.3 壓電陶瓷驅(qū)動電源的散斑干涉面內(nèi)測量實驗66-68
• 5.5 本章小結(jié)68-69
• 第六章 總結(jié)與展望69-70
• 6.1 總結(jié)69
• 6.2 展望69-70
• 參考文獻70-73
• 攻讀碩士學(xué)位期間的學(xué)術(shù)活動及成果情況73

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本文編號：778250