摘要：压电换能器的阻抗特性在运行过程中会因工况改变而发生变化，造成换能器能量转换效率降低。通过对换能器等效电路参数的实时测量，能够支持控制系统根据换能器当前状态调整控制策略，使换能器处于最佳工作状态。现有压电换能器等效电路参数测量方法较复杂且容易影响换能器的正常工作，难以做到对换能器等效电路参数的实时测量。针对这一问题，在对换能器相频特性分析的基础上，提出了一种基于最小二乘法拟合的压电换能器等效电路参数实时测量方法，并设计了相应的测量系统。首先，该方法通过频率扫描与峰值电流检测锁定换能器的串联谐振频率，在其附近数次微调驱动频率，获取对应频率下的换能器两端阻抗角，以最小残差平方和为判断依据，得到一组拟合程度最高的模型参数，并结合所推的计算公式求解出压电换能器等效电路参数值。使用仿真和实验对测量方法进行检验。仿真结果表明，测量结果相对于阻抗分析仪相对误差在±1%以内。实验结果进一步验证了该测量方法的效果，测量结果与阻抗分析仪相比其相对误差在±4%以内，且适用于负载变化的情况，程序运行时间为185μs。该方法测量精度较高，运算速度快，能够实现压电换能器等效电路参数的实时测量。
文章目录
0 引言
1 压电换能器特性分析
2 换能器等效电路参数计算方法
2.1 模型函数的确定与线性化
2.2 模型参数的求解方法
2.3 等效电路参数的计算方法
2.3.1 动态电容■的计算方法
2.3.2 动态电感■与动态电阻■的计算方法
2.3.3 静态电容■的计算方法
2.4 谐振频率检测
3 实时测量系统的设计
3.1 检测单元
3.2 DDS信号发生单元
3.3 控制运算单元
4 试验结果及分析
4.1 仿真试验
4.2 实验验证
5 结论
