彩票网站送58元|浙江大学博士论文第四章解调器的设计与恒定占

 新闻资讯     |      2019-12-29 09:06
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  通过给定不同的气隙长度值 将解调器的输出与其进行线性度的对比 再将气隙给定信号设为不同频率的正弦信号 对解调器的频响进行测试 测试结果如图 所示。采用芯片搭建的低通滤波器原理图浙江大学博士论文第四章解调器的设计与恒定占空比下的气隙长度估计由于 芯片的芯片手册中只给出了各种滤波器的配置方法 而并没有给出详细的传递函数、截止频率等参数的计算公式 因此有必要对图 所示的低通滤波器的传递函数进行推导和计算。所以在设计低通滤波器的时候截止频率不能选的太高 否则这些纹波将被放大并对解调器的输出产生较大影响。解调器性能的仿真和实验测试图低通滤波器的波特图虽然解调器的带通滤波器和低通滤波器均有各自确定的传递函数 但是全波整流器却没有 因为交流信号经过全波整流之后将会出现二倍频 故全波整流器为一典型的非线性环节 因此解调器没有理论上的频域传递函数 所以只能通过仿真和实验进行测定。电阻、电容的最终参数为 。由此计算得到的电流纹波幅值范围约为 然而实际中测量得到的结果可能有 左右的误差。基础。

  研究,系统的,轴承技术,图 解调器预热期以及输出信号中的纹波 解调器性能的实验测试在用解调器对电磁轴承系统进行位移提取实验之前 首先用模拟信号对解调器的性能进行测试。系统,浙江大学博士论文第四章解调器的设计与恒定占空比下的气隙长度估计流分量。得到 带通滤波器的中心频率 由上分析可知该二阶带通滤波器的中心频率和通带增益均可通过 这五个参数进行灵活设定。本文所设计的八阶带通滤波器也是由四个二阶带通滤波器串联而成的 个二阶滤波器的结构原理与阻容参数完全一致如图 所示。图全波整流电路原理图 浙江大学博士论文第四章解调器的设计与恒定占空比下的气隙长度估计全波整流电路主要用来将信号中的负电压进行反向 正电压完整通过 其功能类似于绝对值函数。通带增益的设计也不能任意选择一个重要的原则就是输出电压不能高于运放的供电电压 否则会产生由供电电压带来的饱和畸变。这个现象在硬件电路中也会出现 是自传感电磁轴承系统所必须考虑的一个问题。电路中所选用的 型运算放大器使用士 供电 因此对范围在 的电流纹波来说 四个二阶带通滤波器串联之后最多只能放大 倍左右 由此计算得到每一级的增益不能大于 倍。误差来源主要是由于电磁轴承建模时的各种简化带来的 例如 是以电磁轴承的二维平面电感模型为基础得来的而实际电磁场是三维空间分布的 而且漏磁、铁磁材料的非线性等等因素都可能影响结果的精度 磁极等效面积 代入式 进行计算的数据是对极靴本身的直接测量结果 由此等效带来的误差也是建模时出于简化而没有考虑的。最后低通滤波器将其中的高频分量全部大幅衰减到几乎为零 只留下包络线。该包络线即是调制在高频分量中的气隙长度信号。

  采用 搭建的低通滤波器及其内部结构如图 所示。径向四因此实验中使用 为核心控制器 位数模转换芯片该芯片动态响应速度快、精度高 可以满足上述对测试信号的各种要求。研究与探讨,绝对值电流的另外一个主要缺点为对于幅值较小的负电压输入时 其输出无法严格取反。全波整流器将这些交流分量进行取绝对值运算使其输出中仅包含正向信号。在二阶传递函数中 双二次传递函数最具代表性 其表达式为 利用上式可以设置 实现低通滤波器 设置 实现高通滤波器 实现带通滤波器 设置 实现带阻滤波器等各种形式的滤波器。对于处在解调器中的全波整流器来说 其输入为带通滤波器的输出 考虑到带通滤波器中所有运放均为 供电 因此全波整流器中将有可能产生 的电压 故其中运算放大器的供电电压最好选为常见的 或者 。可以通过改变外接的 电阻来调整低通滤波器的截止频率。毫无疑问 带通滤波器的中心频率必须与电流纹波的频率一致 。全波整流电路 全波整流电路主要由运算放大器、电阻、二极管等元器件搭建而成 如图 所示。处于截止状态 相当于断路 运算放大器 输出负电压 结合虚短虚断原理此时的电流流向为输入信号 如图所示。对于运放么的正输入端有 对于运放彳的负输入端列写节点电流方程 电流的方向如图 中所示 可得 这两个典型的积分环节有如下方程 最后一级反向比例运算放大器彳的方程为 一里联立式 其中阻尼比、无阻尼自然振荡角频率 为芯片内部电阻、电容其参数已经固定如图 中所示。

  不过通常这个“预热”期非常短暂 只有几毫秒而已。该包络线即是调制在高频分量中的气隙长度信号。这些纹波来自电流高频纹波在信号提取的过程中 直到低通滤波器环节才会对这些高频信号进行衰减。由于低通滤波器并不能完全滤除高频信号 而只是对其进行衰减 因此输出的包络线中不可避免的将出现及其微小的高频分量。由于低通滤波器提取的包络线正是位移信号的变化 据前文分析其频率较低 因此实验中 取其截至频率大于 即可 考虑市面常见的标准电阻阻值并结合式 选取 此时截止频率约为萨 。自由度,通常在启动控制之前 要先对用于自传感的各线圈绕组提前通入“热身”电流 待其后续解调器内部的滤波器度过非线性盲区之后 再对其输出的信号进行采集。但是单个二阶带通滤波器的增益不宜设计的过大 因此采用多级串联结构。其他电阻参数为 在此参数下阻尼比乒 低通滤波器的传递函数为 两可‰ 其幅频特性和相频特性如图 所示。虽然对电流纹波幅值的预估不是很精确 但是没有数量级的误差 对于带通滤波器的增益设计并无大碍。

  在自传感电磁轴承系统中可以根据系统的实际参数 依照第三章式 给出的电流纹波幅值计算公式来对电流纹波幅值的大小进行评估。例如 在本文所用四自由度系统平台的主要参数为 恒频电流型开关功率放大器的 开关频率为 母线电压 在保护轴承的限制下 气隙的变化范围是 绕组匝数为 磁极等效截面积为电流传感器传输比为 。主动,全波整流器将这些交流分量进行取绝对值运算使其输出中仅包含正向信号。频响测试结果则与解调器中低通滤波器的频响基本一致 这也间接地证明了解调器中低通滤波器是带宽最低的环节。该芯片可以通过不同的配置组合被设计成各种形式的滤波器 但是价格较为昂贵。四级串联后的增益约为。以下先对二阶带通滤波器的电路基本方程、传递函数及中心频率等参数进行计算。浙江大学博士论文第四章解调器的设计与恒定占空比下的气隙长度估计 二阶带通滤波器分析图所示的二阶带通滤波器 点的电压假设为圪 各支路电流的正方向如图所示 可得 点的节点电流方程为 得输入与输出 之间的关系为 疋注意到分子中参数 是负数 这表明输出 与输入 是反向关系。考虑到对电流纹波幅值估计的误差 将每级增益定在 倍以下 四级串联之后的增益约在 倍以下。在此参数下根据式 。在仿真测试中还发现 解调器在提取信号的最初 段时间内具有 段盲区 称之为解调器内部滤波器的“预热”期 如图 浙江大学博士论文第四章解调器的设计与恒定占空比下的气隙长度估计所不。彳主要进行信号的运算 为一典型的反向比例放大电路。低通滤波电路本文采用 公司生产的一款可编程滤波芯片 来进行低通滤波器的设计。解调器的主要功能是提取电流信号高频纹波的幅值 因此线性度和频响是解调器性能的两个主要方面 以下通过仿真和实验对这两个方面的性能进行测试。这是由于在输入为负电压时 虽然 处于截止状态 但还是有一定的反向漏电流 导致此时的圪电压略大于 经过运算放大器 的反向作用 将会影响最终的输出 因此要想取得精度较高的绝对值运算结果 输入信号的幅值不能太小。

  解调器各环节的具体电路设计 八阶带通滤波电路任何一个频域的高阶传递函数 都可以分解为一阶和二阶相乘的形式。在自传感电磁轴承系统中采用高阶带通滤波器的主要原因有 高阶带通滤波器的滚降频带较窄 具有更好的选频特性 但又不是越高越好 随着阶次的增加 其通带边沿的增益开始出现纹波 这是由“吉布斯效益抑所造成的。这样的参数配置 既能保证对电流纹波幅值进行了足够地放大 也能保证在放大过程中不受运放供电电压的饱和限制。

  浙江大学博士论文第四章解调器的设计与恒定占空比下的气隙长度估计 解调器性能的仿真测定仿真测试中 依然采用图 所示的恒频电流型开关功率放大器模型 但为了简化整个模型的视图结构 中的恒频电流型开关功放模型封装为一子系统入口信号为电流给定和气隙给定 输出为经功放调制的电流信号 最后将功放输出的电流信号送入解调器中。最后低通滤波器将其中的高频分量全部大幅衰减到几乎为零 只留下包络线。解调器的模型中 带通滤波器和低通滤波器的传递函数分别按照式 和式 给出的参数 全波整流器直接用绝对值函数替代 如图 所示。气隙给定图 解调器性能的仿真测试模型 所示解调器性能的仿真测试结果可以看出所设计的解调器对气隙长度的提取有非常好的线性度 输出电压能够反映气隙长度的变化 其精度能偶满足自传感电磁轴承系统的运行要求。正电压输入时绝对值电路第一级的电流走向此时运算放大器也成为一个反向比例放大电路 故节点圪的电压为 对其输入采用叠加定理可得此时的输出 联立式和式 可得 情况相对简单运算放大器 的输出几乎为 电压 此时也为电压 故输入只通过运算放大器 产生如下输出 二极管眈截浙江大学博士论文第四章解调器的设计与恒定占空比下的气隙长度估计 通过电阻阻值的合理选择既可以实现电路的绝对值运算功能 的情况下可得电路的输出方程为 该绝对值电路的第一级运算放大器进行了反向翻倍运算因此对于输入的要求为 输入电压必须低于运算放大器供电电压的一半 否则在进行翻倍运算时将出现饱和现象 进而产生运算失真。并且可以通过二阶滤波器的的串联得到更高阶次的滤波器通过这种方法实现的高阶滤波器 灵敏度好、线性度好 非常适合于模拟信号处理电路。另外 解调器输出的电压信号中也会有纹波 予以放大展示。综合考虑成本性价比以及硬件电路的复杂程度 本文选择八阶带通滤波器 进行电流纹波幅值的提取。全波整流器和低通滤波器一般合称为检波器 主要完成对包络线的提取。所设计的带通滤波器主要用于提取自传感电磁轴承系统中的电流高频纹波 因此希望带通滤波器的通带增益较大且选频特性足够“尖锐”。径向四自由度主动电磁轴承系统的自传感运行研究——基础理论与关键技术轴承,以下对电路的工作原理进行简要分析 该电路主要由 两个运算放大器构成 其中运算放大器 被搭建成最常见的反向比例放大电路 相比之下运算放大器 则较为复杂 二极管。将这些参数代入式 进行计算 可得二阶带通滤波器的传递函数表达式为 将四个二阶带通滤波器进行串联得到的八阶带通滤波器的总传递函数凰的表达式浙江大学博士论文第四章解调器的设计与恒定占空比下的气隙长度估计为 基于上述参数将单级二阶带通滤波器、两级串联、 级串联以及四级串联之后的波特图绘在同一图中以作对比 如图 所示 以缩写 代替带通滤波器 各阶带通滤波器波特图对比频率可见 随着阶次的增大 波特图越来越陡峭 提高了滤波器的选频特性。考虑到实验中需要幅值可调的高频三角波 而且需要其幅值的变化规律是频率可调的正弦波 即被正弦波调制了的高频三角波 这是一般信号发生器所无法做到的。芯片内部主要由 个运算放大器 和一些电阻、电容构成。为了方便推导令运算放大器彳 。全波整流器和低通滤波器一般合称为检波器 主要完成对包浙江大学博士论文第四章解调器的设计与恒定占空比下的气隙长度估计流分量。