基于无源自供能电路的微型风能采集

针对工业外场环境下,传统电池供能方式存在污染环境及不易更换的问题,通过压电陶瓷将微型风能转换成电能后,直接为无线传感节点等微型电子设备供电,可以缓解这一问题。针对经典电路回收微型风能功率较低的问题,提出了一种无源自供能接口电路,可以更高效地采集微型风能。对电路进行了理论分析和Multisim软件仿真,仿真结果表明:设计的电路回收微型风能是经典电路的4倍左右。

压电陶瓷驱动器迟滞建模与自适应控制

为了降低压电陶瓷驱动器的迟滞非线性,提出了改进型的Maxwell-slip模型并引入自适应控制,使压电驱动器在宽频带下有良好的迟滞补偿效果。在经典Maxwell-slip模型中,输出力与输入位移的关系会出现迟滞现象,表现为平行四边形,与压电陶瓷驱动器的迟滞特性接近。由于每一单元滑块的最大静摩擦力与弹簧弹性系数成比例关系,若弹簧系数取定值时,每一个单元的最大静摩擦力在系统实时控制中是不变的,因此可以采用自适应控制算法对输出信号权值进行更新,从而更精确地补偿压电陶瓷驱动器。为了验证该模型,搭建了悬臂梁结构压电实验平台,运用该迟滞模型进行迟滞补偿控制,实验结果表明,对于Maxwell-slip模型自适应控制,在0.1~20 Hz宽频带下的均方根误差(RMSE)和绝对平均误差(MAE)均有减小。其中,在0.1 Hz下无前馈补偿控制的RMSE为0.0375μm,而通过自适应控制可以将压电微定位平台的RMSE降低到0.0124μm以内。与经典模型相比,所提出的Maxwell-slip模型自适应控制具有在宽频带内进行精密定位的优点。

基于涡激振动的微型风能采集研究

由于体积大、污染环境、需要定期更换,传统电池供能方式已不能适应当前外场工作的需求.涡激振动的微型风能采集装置将风能转换成电能,能够对无线传感节点等微型电子设备直接供电.基于经典Buck-Boost电路,提出了一种适用于涡激振动微型风能采集的能量接口电路.通过理论与仿真分析,所设计的能量接口电路存在最优占空比,及其对应的最大功率点.基于LabVIEW平台设计了控制程序,实验结果表明,所设计的电路与程序能够对占空比进行自动寻优,保持微型风能采集装置以最大功率输出.

涡激式微型风能采集装置的控制系统研究

为了提高涡激式微型风能采集装置能量回收功率,文章基于同步电荷提取(SECE)电路,利用MSP430超低功耗单片机系统,设计了硬件电路与控制算法。对压电双晶片的两端电压进行峰值检测,同时产生脉冲信号,控制电路中MOS管的导通与关断,缩短压电片积累电荷的能量损耗,提升电路的回收功率。实验结果表明,在风速为14,16 m/s和18 m/s的条件下,与经典电路相比,基于SECE电路的涡激式微型风能采集装置的能量回收功率分别提高了75.3%,52.2%和47.8%。