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在线可配置的振动主动控制系统小型化研究

作　者: 顾宝成
导　师: 陈仁文
学　校: 南京航空航天大学
专　业: 测试计量技术及仪器
关键词: 压电变压器 脉宽调制(PWM) 开关功放 振动主动控制 BOOT LOADER
分类号: TP273
类　型: 硕士论文
年　份: 2007年
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内容摘要


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。该系统的主要组成部分包括压电变压器的DC-DC升压、功率放大器部分、控制系统的通信部分等。首先介绍了压电变压器的DC-DC升压原理及实现,从压电变压器的机电特性入手研究了压电变压器在负载阻抗变化的情况下,通过调整DSP输出驱动波形的频率使得压电变压器的升压比保持不变从而使得压电变压器的输出的电压保持不变。其次设计了小型功率放大器的硬件。主要采用PWM和数字信号处理技术。DSP根据AD采集的小信号计算出对应的PWM波形驱动全桥逆变电路,使得压电变压器的DC-DC升压部分输出的高压逆变,在通过LPF变成幅值放大频率相位不变的放大信号,此时的系统仅作为功率放大器。在DSP中加入自适应控制算法,通过自适应算法输出对应的控制PWM波形,驱动全桥逆变电路输出高压控制来驱动压电驱动器,使得被控对象的振幅减弱,则本系统就变成了振动主动控制系统。其中,自适应控制算法将在以后的研究中加入,本论文主要实现功率放大功能和通过主机进行在线配置功能。设计了控制系统的通信部分和DSP外部程序加载BOOTLOADER的实现。通信部分主要分为USB通信和SCI通信。同时SCI作为外部程序加载接口还可以作为数据通信使用,可以实时将AD采集到的振动信号传输给上位机。上位机也可以通过通信端口向控制终端发送命令。最后通过两组试验来验证该小型化振动主动控制器的性能和效果。两组实验分别将小型化系统作为功率放大器和振动主动控制器来实现,两者主要区别是DSP内部算法。

全文目录


摘要  4-5
ABSTRACT  5-11
第一章 绪论  11-17
  1.1 智能材料结构概论  11-12
  1.2 振动主动控制系统简介  12-13
  1.3 智能结构振动主动控制研究现状  13-14
  1.4 本文研究的内容  14-16
  1.5 本文内容提要  16-17
第二章 DC-DC 升压  17-32
  2.1 压电变压器原理与结构  17-19
  2.2 压电变压器的等效电路模型  19-22
  2.3 压电变压器的测试电路以及测试结果  22-23
  2.4 模糊PID 控制算法实现放大电压的平稳输出  23-29
    2.4.1 模糊PID 控制概述  24
    2.4.2 模糊PID 控制器结构  24-25
    2.4.3 参数自整定思想  25-26
    2.4.4 模糊PID 算法  26-28
    2.4.5 模糊PID 程序的实现  28-29
  2.5 压电变压器DC-DC 升压的实现  29-31
  2.6 本章小结  31-32
第三章 振动主动控制系统功率放大部分  32-46
  3.1 开关功率放大器的结构  32-33
  3.2 采用MAX125 的A/D 转换部分  33-36
  3.3 信号处理部分  36-40
    3.3.1 TMS320F2812 的特性  36-37
    3.3.2 TMS320F2812 的事件管理器  37
    3.3.3 通用计时器工作模式的选择  37-38
    3.3.4 通用定时器的比较操作  38-39
    3.3.5 全比较单元  39-40
  3.4 全桥逆变部分  40-43
    3.4.1 功率MOSFET 的驱动电路  40-42
    3.4.2 全桥逆变电路  42-43
  3.5 系统软件设计  43-45
  3.6 本章小结  45-46
第四章 通信部分  46-60
  4.1 USB 通信接口  46-50
    4.1.1 USB2.0 通信协议  46-47
    4.1.2 CY7C68013 的结构特点  47-48
    4.1.3 USB2.0 通信部分的硬件结构  48-49
    4.1.4 USB 芯片的固件设计  49-50
  4.2 串行通信接口  50-53
    4.2.1 增强型SCI 模块概述  50-52
    4.2.2 串口通信软件的实现  52-53
  4.3 SCI 通信和程序引导加载的实现  53-58
    4.3.1 XMPNMC 引脚对BootROM 的作用  53
    4.3.2 引导加载程序  53-54
    4.3.3 引导加载模式  54-55
    4.3.4 几个重要的引导函数  55-58
  4.4 系统可在线配置的实现  58-59
  4.5 本章小结  59-60
第五章 实验结果  60-64
  5.1 对单一频率的正弦波进行功率放大  60-62
  5.2 对非标准正弦波进行功率放大  62-63
  5.3 本章小结  63-64
第六章 总结与展望  64-66
  6.1 全文总结  64
  6.2 工作展望  64-66
参考文献  66-69
致谢  69-70
在学期间的研究成果及发表的学术论文  70

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中图分类: > 工业技术 > 自动化技术、计算机技术 > 自动化技术及设备 > 自动化系统 > 自动控制、自动控制系统
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