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基于电阻反馈的SMA位移—力驱动器设计与控制

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基于电阻反馈的SMA位移—力驱动器设计与控制

基于电阻反馈的SMA驱动器控制系统电路设计

北京力学会第二十八届学术年会

作者：张岩波贾晓丽张景龙米柏川中国石油大学(北京)

本文以输出小位移和力为目标,利用SMA的形状记忆效应基于电阻反馈设计了微型SMA驱动器。将上下对称布置的两组SMA丝作为运动部件,带动整个结构产生垂直方向的位移和力。设计SMA驱动器控制系统,包括驱动模块、检测模块等,设计实验装置进... 详细信息

本文以输出小位移和力为目标,利用SMA的形状记忆效应基于电阻反馈设计了微型SMA驱动器。将上下对称布置的两组SMA丝作为运动部件,带动整个结构产生垂直方向的位移和力。设计SMA驱动器控制系统,包括驱动模块、检测模块等,设计实验装置进行了实验研究。

关键词： SMA驱动器控制系统电阻反馈

来源： cnki会议评论

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机械制造与自动化 2009年第6期38卷 120-123页

作者：傅石雨闫晓军北京航空航天大学能源与动力工程学院北京100191

SMA驱动器在航空航天上具有良好的应用前景。目前SMA驱动器的控制器多采用外部传感反馈方式,体积大,应用受限制。提出搭建基于SMA丝内部电阻反馈的嵌入式控制电路;利用传统PI对驱动器进行控制。实验结果表明,恒流源电桥法测SMA丝电阻可... 详细信息

SMA驱动器在航空航天上具有良好的应用前景。目前SMA驱动器的控制器多采用外部传感反馈方式,体积大,应用受限制。提出搭建基于SMA丝内部电阻反馈的嵌入式控制电路;利用传统PI对驱动器进行控制。实验结果表明,恒流源电桥法测SMA丝电阻可以得到足够的测量精度,采用PI的控制规律内部电阻反馈的方式可以实现高精度的控制。

关键词：形状记忆合金驱动器电阻反馈 PI控制

基于Darlington Cascode结构的SiGe异质结双极晶体管UWB低噪声放大器的设计

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高技术通讯 2012年第10期22卷 1070-1076页

作者：丁春宝张万荣金冬月谢红云陈亮沈佩张东晖刘波宇周永强郭振杰北京工业大学电子信息与控制工程学院北京100124

详细地分析了Cascode结构的线性度和3dB带宽，利用Cascode结构的高线性度和Darlington结构的高增益的优点构成了Darlington—Cascode结构，在此基础上，基于台积电TSMC0．35μm SiGe工艺，设计了一款芯片面积小的满足超宽带（UWB）标准... 详细信息

详细地分析了Cascode结构的线性度和3dB带宽，利用Cascode结构的高线性度和Darlington结构的高增益的优点构成了Darlington—Cascode结构，在此基础上，基于台积电TSMC0．35μm SiGe工艺，设计了一款芯片面积小的满足超宽带（UWB）标准的无电感SiGe异质结双晶体管（HBT）低噪声放大器（LNA）。该放大器利用电阻反馈结构替代了电感-电容（LC）匹配网络结构，实现了输入、输出阻抗匹配，未采用无源电感，节省了芯片面积，芯片面积仅为0．046mm2，并将Darlington—Cascode结构作为LNA的输出级，既提高了增益，又提高了线性度。LNA版图仿真结果表明，在UWB频带范围内，LNA的增益为19．5～20dB，增益平坦度为4-0．25dB；输入、输出匹配良好；线性度为-5- -2dBm；在整个频段内，无条件稳定。

关键词：低噪声放大器(LNA) SiGe异质结双极晶体管(HBT) 电阻反馈线性度共射-共基放大器

一种0.5~9.2 GHz超宽带低噪声放大器设计

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微电子学 2022年第3期52卷 393-398,405页

作者：杨华光徐燕萍胡斯哲周继东岳宏卫桂林电子科技大学广西精密导航技术与应用重点实验室广西桂林541004

基于0.18μm CMOS工艺,设计了一种应用于10 GHz以下无线通信频段的两级超宽带低噪声放大器(LNA)。第一级在互补共源级的基础上通过引入电阻反馈、电感峰化技术和伪电阻结构,在拓展带宽和提高增益的同时降低了噪声。第二级在共源放大的... 详细信息

基于0.18μm CMOS工艺,设计了一种应用于10 GHz以下无线通信频段的两级超宽带低噪声放大器(LNA)。第一级在互补共源级的基础上通过引入电阻反馈、电感峰化技术和伪电阻结构,在拓展带宽和提高增益的同时降低了噪声。第二级在共源放大的基础上通过电感峰化技术、增益辅助级和缓冲级的使用,提高了电路的增益并改善了输出宽带匹配特性。仿真结果表明,在0.5~9.2 GHz频率范围内,电路增益为14.2±0.2 dB,噪声系数(NF)小于3.97 dB,整体功耗为12.9 mW。

关键词：超宽带电阻反馈电感峰化技术伪电阻

SiGe的BiCOMS技术的S波段低噪声放大器的设计(英文)

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现代雷达 2012年第11期34卷 76-80页

作者：朱德政李明邓青张浩南京电子技术研究所南京210039

文中介绍了一种基于锗硅BICMOS的宽带低噪声放大器的设计。此放大器工作在2.7 GHz～3.5 GHz的频带,采用0.18μm的锗硅工艺和cascode结构来增加其反向隔离度,并且使用了射极电阻负反馈和电阻并联反馈改善其带宽和线性度。仿真结果展示了... 详细信息

文中介绍了一种基于锗硅BICMOS的宽带低噪声放大器的设计。此放大器工作在2.7 GHz～3.5 GHz的频带,采用0.18μm的锗硅工艺和cascode结构来增加其反向隔离度,并且使用了射极电阻负反馈和电阻并联反馈改善其带宽和线性度。仿真结果展示了其在通带范围内16.3 dB的增益和小于-10 dB的端口反射。此放大器噪声系数为2.8 dB左右,并使用5 V电源电压。

关键词：锗硅 S波段低噪声放大器射极负反馈电阻反馈宽带

形状记忆合金丝驱动的手指康复机器人设计研究

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形状记忆合金丝驱动的手指康复机器人设计研究

作者：张瑛如南京航空航天大学

学位级别：硕士

上肢神经卡压、脑卒中等疾病造成了患者多种神经功能的损伤,使患者失去了对手指的正常运动控制,影响了患者的工作能力和生活品质。传统的康复训练无法保证治疗效率,且难以准确控制和记录训练的速度和强度,因此研制稳定可靠的手指康复机... 详细信息

上肢神经卡压、脑卒中等疾病造成了患者多种神经功能的损伤,使患者失去了对手指的正常运动控制,影响了患者的工作能力和生活品质。传统的康复训练无法保证治疗效率,且难以准确控制和记录训练的速度和强度,因此研制稳定可靠的手指康复机器人辅助患者进行手指关节活动（屈曲伸展、外展内收）以及抓握运动等功能的康复训练是亟需解决的问题。本文在分析手指肌肉骨骼结构、致动机理和运动方式的基础上,研制了一种形状记忆合金（Shape Memory Alloy,SMA）丝驱动的仿生可穿戴手指康复机器人,提出了基于电阻反馈的控制方法并进行了试验研究。首先,完成了手指生物力学模型的建立和手指康复机器人的结构设计。通过分析手指生物学特征、关节运动机理和肌肉组织结构,建立了手指生物力学模型并进行优化求解,从而研究了手指在运动过程中内部肌肉肌腱力的变化规律。然后,在手指生物特性和康复需求的基础上,根据总体性能指标,设计了一种SMA丝驱动的可穿戴柔性手指康复机器人结构,并建立了相应的运动学和力学模型,构建了SMA驱动器的应力、应变和手指康复机器人屈曲角度之间的关系方程。其次,提出了基于电阻反馈的手指康复机器人控制方法。将SMA驱动器的热力学模型、本构模型和相变模型与手指康复机器人的运动学和力学模型相结合,根据SMA丝自感知的特性,建立了基于电阻反馈的PI控制模型并进行仿真。根据控制需求对手指康复机器人控制系统的软硬件进行了设计。最后,研制了SMA驱动的手指康复机器人样机,搭建了相关试验平台,对手指康复机器人的运动性能和抓握性能进行了试验研究。运动性能试验结果表明,手指康复机器人能够辅助手指实现连续的屈曲运动,各个关节运动范围为正常人手的85%,能够满足康复所需的范围。在20V直流电压驱动下获得了较好的驱动特性,试验结果也和理论分析吻合较好。在运动控制上,屈曲角度偏差在4°以内,控制效果较好。抓握性能试验结果表明样机能提供的最大单指指尖力为12.5N,可抓握2kg以内的物体,并且能适应物体的不同形状从而完成抓握任务。

关键词：手指康复机器人形状记忆合金电阻反馈

基于CMOS工艺的超宽带射频功率放大器的研究与设计

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同方学位论文库

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基于CMOS工艺的超宽带射频功率放大器的研究与设计

作者：王立果天津大学

学位级别：硕士

射频（RF）功率放大器（Power Amplifier）在无线移动通信系统、雷达以及卫星等多种系统中都有重要的应用。其中，采用CMOS工艺进行低成本、多制式及超宽带的射频收发芯片已经成为一种发展趋势。然而目前基于CMOS工艺的射频功率放大器... 详细信息

射频（RF）功率放大器（Power Amplifier）在无线移动通信系统、雷达以及卫星等多种系统中都有重要的应用。其中，采用CMOS工艺进行低成本、多制式及超宽带的射频收发芯片已经成为一种发展趋势。然而目前基于CMOS工艺的射频功率放大器芯片的设计还存在着一些问题和挑战。近年来随着技术的不断发展，CMOS射频功率放大器的研究也得到了较大的突破。本篇论文以CMOS超宽带射频功率放大器为研究对象，并完成了电路的设计、仿真和测试。文中首先阐述了超宽带CMOS射频功率放大器的研究背景及意义，分析了基于CMOS工艺的射频功率放大器的优点及目前研究中面临的问题,其次总结了射频功率放大器的基本工作原理和技术，包括基本的分类、设计指标和线性化技术，对常用的宽带匹配技术进行了重点研究。最后在研究普通功率放大器电路的基础上，提出了一种三级单端结构的超宽带射频功率放大器。该功放的输入级通过偏置电路参与匹配，并没有采用额外的匹配器件，同时对于功放的输出级则采用了电阻反馈式结构，由此节省了很大的芯片面积。文中还对电路的设计过程进行了详细说明，给出了计算公式、电路仿真和流片测试结果。本文采用GLOBALFOUNDRIES0.18μm CMOS工艺，利用Cadence软件进行功率放大器的仿真与优化，设计实现了一种性能良好的0.051.5GHz的超宽带CMOS射频功率放大器。在3.3V的电源供电条件下，该功放芯片实现了超宽带范围内20dB以上的增益，输入输出回波损耗分别为20dB和15dB左右。在433MHz和900MHz的RFID和GSM-R两种典型应用频段中分别可达到20.5dBm和19.5dBm的饱和输出功率，并且功率附加效率可达27%和19.5%。测试结果与仿真结果基本吻合，从而验证了本文提出的设计观点。

关键词： CMOS 射频功率放大器超宽带匹配电阻反馈

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同方学位论文库

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全集成CMOS宽带低噪声放大器的设计

全集成CMOS宽带低噪声放大器的设计

作者：于澍南京邮电大学

学位级别：硕士

目前,无线通讯已经发展为拥有多个标准、覆盖多种频段的通讯技术,为了能兼容多种频段信号,射频前端系统需要更高的带宽。低噪声放大器(LNA)作为射频接收端的第一个有源模块,其宽带性能直接影响了整个射频接收系统的性能。因此,研究高性... 详细信息

目前,无线通讯已经发展为拥有多个标准、覆盖多种频段的通讯技术,为了能兼容多种频段信号,射频前端系统需要更高的带宽。低噪声放大器(LNA)作为射频接收端的第一个有源模块,其宽带性能直接影响了整个射频接收系统的性能。因此,研究高性能的宽带低噪声放大器是推进下一代无线通信系统和提升现有通讯系统性能的基础性工作。本文面向下一代通讯系统(5G)的性能指标和要求,从器件类型、器件结构、噪声模型、偏置电路、无源器件、宽带匹配等理论角度研究并介绍了宽带低噪声放大器的设计,然后结合软件在电路层面实现并流片验证相关理论。主要工作和创新如下:(1)结合65nm CMOS工艺,系统地研究了不同类型电容的性能,比较了MOM电容和MIM电容的优缺点,从Q值和电容密度等角度考虑,提出了适合本文设计的电容选型方案。(2)研究了电阻反馈电流复用结构中反馈电阻的对噪声和匹配的作用,并提出适合本文电路中晶体管尺寸的选取方法和反馈电阻的选取办法。(3)提出一种新的低噪声放大器结构,即用两级反相器级联、电阻负反馈自偏置结构设计了一款低噪声放大器,实现了高增益和较好的宽带匹配,并拥有较低的噪声系数。(4)综合以上研究,设计了一款基于65nm CMOS工艺的适用于多频段通讯的宽带低噪声放大器芯片。3dB带宽达到4.5GHz(0.5GHz),3dB带宽内S1120dB,且噪声系数NF<3.5dB,2GHz处的OP1dB≥0dBm。本论文所设计的低噪声放大器的性能满足5G通讯标准的中频段场景的应用,成果对研究宽带低噪声放大器有一定的研究意义和产业价值。

关键词： CMOS 宽带放大器低噪声放大器电阻反馈电流复用

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基于SMA与绳索混合驱动介入主动导管研究

基于SMA与绳索混合驱动介入主动导管研究

作者：张健南京航空航天大学

学位级别：硕士

微创介入手术以其对人体造成的创伤少、康复时间短、痛苦轻等优点，在当前的脑部及心脏疾病的诊断与治疗中得到了日益广泛的应用。为弥补传统介入导管装置缺乏主动性、通用性欠佳等不足，本文将记忆合金(Shape MemoryAlloy, SMA)与绳索... 详细信息

微创介入手术以其对人体造成的创伤少、康复时间短、痛苦轻等优点，在当前的脑部及心脏疾病的诊断与治疗中得到了日益广泛的应用。为弥补传统介入导管装置缺乏主动性、通用性欠佳等不足，本文将记忆合金(Shape MemoryAlloy, SMA)与绳索驱动技术结合，研制一种用于介入诊疗的模块化主动介入导管机器人。主动弯曲导管由位于中心的骨架弹簧以及均匀布置在导管横截面方向上的三个SMA驱动器或驱动绳索组成。介入导管机器人弯曲单元的运动可以通过控制其单元的驱动器来实现在任意方向上的弯曲与转向。依据手术对象及环境的个体差异，可以通过多个弯曲单元的重构增加其自由度，实现较大的弯曲角度。在进行多关节主动导管运动学分析之前，运用D-H方法对单关节主动导管进行了运动学分析。针对三关节导管运动学逆解问题，采用指数积法对三关节导管机器人进行了分析;针对获得的运动学逆解的非线性方程，采用遗传算法对关节变量进行了求解，验证了运动学模型的准确性。根据SMA驱动器工作特点，设计了基于ATMEGA16单片机的介入导管机器人电阻反馈控制系统。采用模块化的程序设计方法，对电阻反馈系统各个模块进行了设计调试;根据导管输送功能设计了主动导管推动执行器，对推送力及推送速度进行了分析，最后通过试验验证了推送执行器的安全可靠性。为确定主动介入导管机器人设计参数，在常曲率圆弧假设下，详细推导了在已知介入导管机器人弯曲角度下SMA驱动器输出位移和输出力计算方法。制作并调试了SMA及绳索驱动控制电路板，测得了SMA驱动器长度与电阻的关系;研制了介入导管机器人原理样机，对导管机器人弯曲角度与驱动器长度之间关系进行了实验分析。结果表明，该主动介入导管机器人运动学模型准确，机构及控制系统设计方案切实可行。

关键词：主动介入导管指数积法运动学形状记忆合金绳驱动电阻反馈