【摘 要】
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随着微机电系统（MEMS,Micro Electro Mechanical Systems）制造技术的快速发展,基于智能材料致动器的微型机器鱼的研究逐渐增多。相比使用电机、液压驱动等传统致动方式的机器鱼,基于智能材料致动器的微型机器鱼具有噪音小、重量轻、功率密度高的优点,更适合管道侦察、环境保护过程中的非结构化环境,在军用和民用领域都具有广阔的应用前景。本文针对压电致动器（PZT,Piezoele
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随着微机电系统（MEMS,Micro Electro Mechanical Systems）制造技术的快速发展,基于智能材料致动器的微型机器鱼的研究逐渐增多。相比使用电机、液压驱动等传统致动方式的机器鱼,基于智能材料致动器的微型机器鱼具有噪音小、重量轻、功率密度高的优点,更适合管道侦察、环境保护过程中的非结构化环境,在军用和民用领域都具有广阔的应用前景。本文针对压电致动器（PZT,Piezoelectric Transducer）驱动的微型机器鱼,设计了匹配的驱动控制系统,主要工作如下:（1）压电双晶片驱动器的等效模型和驱动方案。研究了压电双晶片材料的等效模型和驱动方式,结合本文使用的压电致动器的谐振特性,确定压电致动器的驱动要求和方案。（2）电源和驱动模块。利用“交替驱动”的驱动方式输出双极驱动电压,采用基于集成开关芯片的方式搭建开关电源拓扑,包括基于MC34063电压控制型芯片的Boost拓扑和基于MAX1846电流控制型芯片的Buck-Boost拓扑,对电路进行仿真。PA443运算放大器输出高电压、低电流的压电驱动信号。（3）控制模块。通过解调SPWM的方式输出可调节幅值和频率的压电控制信号,给出STM32F103硬件设计,以及SPWM输出的软件流程图。（4）PCB设计与电路实验。按照微型机器鱼电力电子设备大小和重量要求设计PCB,对锂电池进行选型;完成了压电驱动控制系统的电源模块测试实验,控制模块实验,以及系统带载驱动实验。系统可输出幅值可调且最大为326.5V的正弦双极驱动电压。
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