压电智能结构控制驱动系统设计

作     者：董淑伟 

作者单位：中北大学 

学位级别：硕士

导师姓名：郑宾;金相男

授予年度：2015年

学科分类：08[工学] 080401[工学-精密仪器及机械] 081105[工学-导航、制导与控制] 0804[工学-仪器科学与技术] 0825[工学-航空宇航科学与技术] 0811[工学-控制科学与工程] 

主      题：智能结构 振动主动控制 压电驱动电源 振动控制算法 

摘      要：捷联惯导系统已经被广泛应用于军事、航空、航天飞行器等不同的领域。振动和冲击可能激发捷联惯导系统产生多峰共振，降低导航精度，且强烈的振动会引起系统性能不稳定或电子元器件损坏，从而影响正常的工作。在捷联惯导系统中引入智能结构设计，展开对智能结构振动主动控制技术的研究，减小捷联惯导系统动态误差，对于提高战略性战术武器的打击精度，扩大捷联惯导系统应用领域，降低惯导系统的成本等具有极其重大的意义。 本文主要针对压电智能结构控制驱动系统设计要求，通过查阅相关文献，制定了压电智能结构控制驱动系统的设计方案。其中主要包括高压驱动电源系统、微小型控制器的设计以及控制算法研究。微小型控制器将采集到的振动信号通过EMIF模块传至DSP进行算法处理，然后将经过算法处理的信号经过DA转换传至高压驱动电源系统，压电陶瓷片通过压电效应对系统的振动进行抑制，以达到设计目的。 首先，根据性能指标要求，确定驱动电源采用电压驱动型直流放大式电路。进行压电驱动电源核心电路的设计、过流保护电路和相位补偿电路等外围电路的设计和电磁兼容性设计。 其次，进行数据采集驱动输出单元设计。主要包括AD采集模块、DA转换模块、DDR2-SDRAM缓存模块和FLASH存储模块的硬件设计，FPGA和DSP通讯的软核处理器的定制、DDR2-SDRAM控制器的设计和EMIF接口控制器的设计。 然后，进行了PID控制原理研究，搭建了智能结构PID控制算法仿真模型。分别针对以正弦信号、脉冲信号和阶跃信号作为被控信号三种情况进行PID控制仿真。针对仿真中出现的控制信号与被控信号在时间上有滞后的现象，分别提出了相关改进措施。 最后，搭建试验系统，进行驱动电源样机性能测试、压电驱动电源系统驱动性能测试和智能结构PID控制算法输出信号测试。经过实验验证，驱动电源样机动静态性能良好，具有很好的驱动能力，控制信号与被控信号无相位滞后，能够实现对被控信号的有效控制。