压电器件参数测试与驱动系统的研究

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1、国内图书分类号：TP23学校代码：10213国际图书分类号：621.3密级：公开工学硕士学位论文压电器件的参数测试与驱动系统研究硕士研究生：蒋焱冬导师：隆志力副教授申请学位：工学硕士学科：控制科学与工程所在单位：深圳研究生院答辩日期：2012年12月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:TP23U.D.C:621.3DissertationfortheMasterDegreeinEngineeringRESEARCHONDRIVINGANDPARAMETERMEASUREMENTSYSTEMOFPIEZOELECTRICDEVI

2、CECandidate:YandongJiangSupervisor:AssociateProf.ZhiliLongAcademicDegreeAppliedfor:MasterofEngineeringSpecialty:ControlScienceandEngineeringAffiliation:ShenzhenGraduateSchoolDataofdefense:December,2012Degree-Conferring-Institution:HarbinInstituteofTechnology哈尔滨工业大学工学硕士学位论文摘要压电超

3、声换能器作为一种压电器件，它的能量由超声波信号发生器提供。一个输出响应快且稳定的超声波信号发生器，是驱动换能器的基本要求。本文从换能器的等效电路模型出发，以导纳圆为依据，分析了换能器在谐振频率附近的等效电参数与频率之间的关系。同时确定了换能器发生谐振时，换能器中的电流几乎达到最大，而电压和电流的相位差几乎为零。据此，本文采用动态谐振法来测量需要的参数。选取电流和相位差作为控制系统的反馈量。整个系统的控制核心是AVR单片机与FPGA，信号的生成用DDS集成芯片，幅值控制则是由DAC和模拟乘法器构成。并完成了相应的单片机程序、FPGA程序和上位机程序的编

4、写。单一的电流反馈不能很快确定频率改变的方向，而换能器的谐振频率和反谐振频率对应的相位差都为零。如果只以相位差作为反馈，又有可能会误跟踪到反谐振频率上。本文选择电流和相位差都作为反馈量，并对频率跟踪算法进行设计。考虑到相位差与频率的非线性关系，对应不同的相位差选择不同的比例增益，得到合适的步进频率，加快跟踪速度。最后，用本系统完成器件测试，效果良好。用示波器捕捉电流输出波形，稳定时间在2-3ms之间。关键词：压电器件；驱动系统；频率跟踪；相位差-I-哈尔滨工业大学工学硕士学位论文AbstractPiezoelectricultrasonictrans

5、ducerisakindofpiezoelectricdevice,whichenergyisprovidedbytheultrasonicsignalgenerator.Thebasicrequirementfordrivingthetransduceristhatwithafastandstableoutput-responseultrasonicsignalgenerator.Accordingtoadmittancecircle,thispaperisanalyzedtherelationshipbetweenfrequencyandthee

6、quivalentcircuitparametersoftransducerinthevicinityoftheresonancefrequency.Anditalsodeterminedthecurrentinthetransduceralmostreachesthemaximumandthephasedifferencebetweenthevoltageandcurrentnearlyzero,whentransduceroccursresonance.Hence,dynamicresonancemethodwasadoptedtomeasure

7、theparametersinthispaper.Thecurrentandphasedifferencearechoseasthefeedbackquantityforthecontrolsystem.ThecentralcontrolpartisAVRSCMandFPGAinsystemwhichsignalisgeneratedbytheDDSintegratedchipandamplitudecontrolleriscomposedbytheDACandanalogmultiplier.Themicrocontrollerprogram,FP

8、GAprogramandhostcomputerprogramwerealsocompleted.Singl