功率放大器在壓電驅(qū)動(dòng)器輸出力遲滯效應(yīng)研究中的應(yīng)用

實(shí)驗(yàn)名稱:

功率放大器在壓電驅(qū)動(dòng)器輸出力遲滯效應(yīng)研究中的應(yīng)用

研究方向:

壓電驅(qū)動(dòng)器

測試目的:

針對壓電驅(qū)動(dòng)器輸出力的動(dòng)態(tài)遲滯現(xiàn)象，研究固定頻率下的輸出力建模方法以及任意頻率下的輸出力建模方法。

實(shí)驗(yàn)內(nèi)容:

針對壓電驅(qū)動(dòng)器輸出力的動(dòng)態(tài)遲滯現(xiàn)象，研究在不同頻率條件下的輸出力控制方法，并進(jìn)行壓電驅(qū)動(dòng)探針檢測的可行性實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，主要從搭建壓電驅(qū)動(dòng)器輸出力實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)、研究固定頻率下輸出力遲滯建模方法、研究任意頻率下輸出力遲滯建模方法、完成任意頻率下輸出力控制實(shí)驗(yàn)四個(gè)方面開展研究。

實(shí)驗(yàn)設(shè)備:

ATA-308功率放大器、壓電驅(qū)動(dòng)器、上位機(jī)、數(shù)據(jù)采集卡、力傳感器等。

實(shí)驗(yàn)過程:

在實(shí)驗(yàn)平臺(tái)同步采集壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器的輸入電壓和輸出力信號，如下圖a所示，而輸入電壓與輸出力的關(guān)系如下圖b所示。當(dāng)輸入電壓為衰減正弦波時(shí)，在電壓-輸出力曲線圖中表現(xiàn)為多個(gè)大小不一的遲滯環(huán)。該實(shí)驗(yàn)中電壓-輸出力曲線，說明輸出力的值與當(dāng)前是處于電壓上升階段還是電壓下降階段有關(guān)，同時(shí)與壓電驅(qū)動(dòng)器之前輸入電壓的極值相關(guān)。該實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證壓電驅(qū)動(dòng)器在電壓-輸出力關(guān)系表現(xiàn)出了和在電壓-位移關(guān)系同樣的遲滯現(xiàn)象，它是一種多值映射關(guān)系，且遲滯現(xiàn)象具有記憶特性。遲滯現(xiàn)象具有記憶特性的同時(shí)，還表現(xiàn)出了擦除特性(Wiping-out)與一致特性(Congruency)。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果:

1、擦除特性

圖中16s之前的輸入信號所產(chǎn)生的輸出力表現(xiàn)在電壓-輸出力曲線如上圖b所示，表現(xiàn)為1個(gè)遲滯主環(huán)和3個(gè)依附在遲滯主環(huán)上的遲滯子環(huán)。16s后的信號產(chǎn)生的遲滯環(huán)和0到2s的信號所產(chǎn)生遲滯環(huán)重合，說明2s到16s的信號不影響16s之后的信號，16s之后的信號擦除了之前的歷史極值，使電壓-輸出力曲線重新回到了遲滯主環(huán)之上。此實(shí)驗(yàn)很好說明了在電壓-輸出力遲滯現(xiàn)象中的擦除特性。

2、一致特性

在時(shí)域信號中5s到10s之間與30s到35s之間存在局部極大值和局部極小值分別為60V和30V的兩個(gè)相同的三角波信號。在電壓-力曲線上表現(xiàn)如上圖b所示，由于歷史極值的不同，遲滯子環(huán)在電壓-輸出力平面上的位置發(fā)生了改變，但是遲滯子環(huán)大小完全相同，形狀全等。遲滯現(xiàn)象的一致特性對后續(xù)的建模和控制算法能夠帶來一定的啟發(fā)作用，遲滯現(xiàn)象的一致特性說明壓電驅(qū)動(dòng)器的遲滯現(xiàn)象存在一種固定的非線性映射關(guān)系，而不是一種隨機(jī)時(shí)變的狀態(tài)。

3、頻率相關(guān)性

通過遲滯現(xiàn)象頻率相關(guān)性實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)采用參數(shù)如下：輸入電壓幅值為0~80V，頻率分別為20Hz、60Hz、100Hz、200Hz、300Hz的正弦波激勵(lì)壓電驅(qū)動(dòng)器，同步采集輸入電壓與輸出力繪制不同頻率下的電壓-輸出力遲滯曲線。

ATA-308功率放大器在該實(shí)驗(yàn)中發(fā)揮的效能：

在比較幾款驅(qū)動(dòng)方案中，利用D類放大的電路，都會(huì)波形失真的現(xiàn)象，無法滿足本實(shí)驗(yàn)中的實(shí)驗(yàn)要求。ATA-308功率放大器，采用AB放大電路，失真小，而且作為壓電疊頓的放大驅(qū)動(dòng)，所驅(qū)動(dòng)的功率也合適，且在實(shí)驗(yàn)過程中可以直接采用面板調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)電壓，比較直觀。

審核編輯：湯梓紅