关于压电振动式发电机微电源智能控制应用电路的设计
发电机控制电路的设计与测试实验报告
发电机控制电路的设计与测试实验报告1. 引言发电机是一种将机械能转化为电能的设备，广泛应用于各个领域。
为了有效地控制发电机的输出电流和保护设备的安全运行，一个稳定可靠的发电机控制电路非常重要。
本报告旨在介绍发电机控制电路的设计原理、电路结构和测试实验结果。
2. 设计原理发电机控制电路的设计原理是基于电压反馈闭环控制的思想。
当发电机输出电压超过设定值时，控制电路会自动调节发电机的电流输出，使输出电压保持稳定。
设计一个良好的电路结构能够提高发电机的功率因数和效率。
3. 电路结构3.1 主要组成部分发电机控制电路主要由以下几个组成部分组成：•电压采样模块：用于采集发电机输出电压。
•控制模块：通过比较采样的电压值与设定值，控制发电机的输出电流。
•输出模块：将控制信号转化为电流输出到发电机。
3.2 电路示意图电压采样模块 ------ 控制模块 ------ 输出模块↓ ↓发电机输出电压控制信号4. 测试实验为了验证发电机控制电路的性能和稳定性，进行了一系列的测试实验。
4.1 实验设备•发电机•示波器•电流表•电压表4.2 实验步骤1.连接发电机、示波器、电流表和电压表到控制电路。
2.调节发电机输出电压到一定的水平。
3.通过示波器观察输出电压的波形。
4.使用电流表和电压表测量输出电流和电压值。
5.调节控制模块的设定值，观察输出电压的变化。
6.比较实验数据，分析控制电路的性能。
4.3 实验结果通过实验测试，发现控制电路能够有效地控制发电机的输出电压，并保持在设定值附近波动。
同时，控制电路对于发电机的负载变化具有一定的适应能力，并能够快速地调节输出电流。
5. 结论本文介绍了发电机控制电路的设计原理、电路结构和测试实验结果。
通过对实验数据的分析，验证了控制电路的性能和稳定性。
该控制电路可以有效地控制发电机的输出电压，并保持在设定值附近波动，具有一定的适应能力和调节速度。
对于发电机的正常运行和设备保护具有重要的意义。
微型振动式压电发电机的设计与特性分析
（ ． 国科 学 院 应 用 超 导 重点 实验 室 ， 京 １０ ９ ； ． 国科 学 院 电工 研 究 所 ， 京 １０ ９ ） １中 北 ０ １０ ２ 中 北 ０ １０
摘
要 ： 了设 计 出与 应 用场合 相 匹配 的微型振 动 式压 电发 电机 ， 用模 态分析 和谐 响应 分析 方 法 为 采
第ｌ ５卷
第 ７期
电 机 与 控 制 学 报
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微 型 振 动 式 压 电发 电机 的 设 计 与 特 性 分 析
Ａｂｓ ｒ ｃ ： ｅ ｉ ｎ ｔ ｅ ｍｉｒ ｉｚ ｅ ｅ ｔ ｃ ｖｂｒ ｔ ｎ ｇ ｎ ｒ ｔｒｍａｃ ｅ ｈ ｐ ｌｃ ｔｏ ｉｕ ｔｏ ｔ ａ ｔ Ｔｏ ｄ ｓｇ ｈ ｃ ｏ ｐｅ ｏ ｌｃ ｒ ｉ ａ ｉ ｅ ｅ ａｏ ｔ ｈ ｄ ｔ ｅ ａ ｐ ｉａ ｉｎ ｓｔ ａ ｉｎ，ｔ — ｉ ｏ ｈｅｎｏ ｄ ｌａ ａ ｙ ｉ ｎ ａ ｍｏ ｉ ｅ ｐ ｎ ｅ ａ ａｙ ｉ ｒ ｄ ｐｔｄ ｔ ｔ ｄ ｈ ｉ ｒｔｏ ｈ ｒ ｃｅ ｉｔｃ ｆｇ ｎ ｒ ｔ ｒ ａ ｎ ｌｓｓ ａ ｄ ｈ ｒ ｎ ｃ ｒ ｓ ｏ ｓ ｎ ｌ ｓｓａ ｅ ａ ｏ ｅ ｏ ｓｕ ｙ ｔ ｅ ｖ ｂ ａ ｉｎ ｃ ａ ａ ｔ ｒｓｉｓ ｏ ｅ ｅ ａｏ ｗｉｈ ｐ ｅ ｏ ｌｃｒｃ ｂ ｍｏ ｐｈ ． Ｔ ｎ ｕｅ ｃ ｆｌ ｎ ｔ ｔ ｉ ｚ ｅｅ ｔｉ ｉ ｒ ｓ ｈｅ ｉ ｆ ｎ ｅ ｏ ｅ ｇｈ，ｗｉ ｔ ｌ ｄ ｈ，ｔ ｃ ｎ ｓ ｆｐｉｚ ｅ ｅ ｔｉ ｅ ｍ ，ｑ ａｉｙ ｏ ｈｉｋ ｅ ｓ ｏ ｅ ｏ ｌｃ ｒｃ ｂ ａ ｕ ｌｔ ｆ ｍａ ｓ ｏ ｈ ｔ ｒ ｌｆｅ ｅ ｙ ｏ ｉ ｒ ｔ ｎ ｇ ｎ ｒ ｔ ｒ ｗａ ｎ ｌｚ ｄ． Ｆ ｒｈｅ ｍｏ ｅ，ｔ ｅ ｅ ｕ ｖ ｌｎ ｉｃ ｔ ｓ ｎ ｔ ｅ ｎａｕ ａ ｑｕ ｎｃ ｆｖ ｂ ａｉ ｅ ｅ ａｏ ｓ ａ ａｙ ｅ ｒ ｏ ｕｔ ｒ ｒ ｈ ｑ ｉ ａｅ ｔ ｃｒ ｕｉ ｍｏ ｅ ｆｐ ｅ ｏ ｌｃｒｃ ｇ ｎ ｒｔ ｒｗａ ｐ ｌｅ ｏ ｓｕ ｙ ｔ ｅ ｐ ｗｅ ｈ ｒ ｃ ｅ ｓｉ ｓ ｎ ｈ ｎ ｌ ｅ ｅ ｏ ｔｕ — ｄ ｌｏ ｉ ｚ ｅｅ ｔｉ ｅ ｅ ａｏ ｓａ ｐ ｉ ｄ ｔ ｔ ｄ ｈ ｏ ｒｃ ａ ａ ｔｒ ｔ ，ａ ｄ ｔ ｅ ｉ ｆｕ ｎｃ ｆｓｒ ｃ ｉ ｃ ｔ ｒ ｌｐ ｒ ｍｅｅ ｓ ｏ ｈ ｕ ｐｕ ｆｖ ｌａ ｅ ａ ｄ ｐ ｗｅ ｓ ａ ａ ｙ ｅ ｕ ａ ａ ａ ｔｒ ｎ ｔ ｅ ｏ ｔ ｔｏ ｏ ｔｇ ｎ ｏ ｒｗａ ｎ ｌｚ ｄ．Ｅｘ ｒｍｅ ｔ ｌｒ ｓ ｌｓｓ ｏ ｔ ａ ｈ ａ— ｐｅ ｉ ｎ ａ ｅ ｕ ｔ ｈ ｗ ｈ ｔｔ ｅ ｎ ｔ ｕ ａ ｅ ｕ ｎ ｙ ｄｅ ｒ ａ ｅ ｎ ｈ ｕ ｐ ｔ ｐ ｗｅ ｎ ａｕ ａ ｅ ｕ ｎ ｙ ｉ ｃ ｅ ｓ ｓ ａ ｔｅ ｉ ｃ ｅ ｓ ｆｂｅ ｍ ｒ ｌｆ ｑ ｅ ｃ ｃ ｅ ｓ ｓ ａ ｄ ｔ ｅ ｏ ｔ ｕ ｏ ｒ ｉ ｎ ｔ ｒ ｌ ｆ ｑ ｅ ｃ ｎ ｒ ａ ｅ ｓ ｈ ｎ ｒ ａ ｅ ｏ ａ ｒ ｒ
基于能量收集的微型发电机设计与实现
基于能量收集的微型发电机设计与实现随着人们对于环保和可再生能源的重视程度的增加，越来越多的科学家和工程师开始研究能量收集技术的应用。
其中一个应用领域就是微型发电机的设计和实现。
这种发电机可以帮助我们利用环境中的能量，比如光、温差、振动等，来提供小型电子设备所需的电能。
本文将从以下三个方面讲解基于能量收集的微型发电机的设计与实现。
一、发电机工作原理通常情况下，微型发电机的设计和实现是基于能量收集技术的应用。
这种技术可以将各种类型的环境能量，比如光、温差、振动等，转化为电能。
其中，振动能量的转化效率最高，因此在设计和实现微型发电机时，通常会采用压电发电机的工作原理。
压电发电机的工作原理可以简单地描述为：当压电陶瓷材料受到振动时，会产生电势差。
这个电势差可以被采集并通过电路输出，从而将振动能量转化为电能。
理论上讲，只要能源来源产生足够的振动，微型发电机就可以产生足够的电能以带动小型电子设备的工作。
二、发电机的组成一般情况下，微型发电机包括以下几个基本部分：1. 压电陶瓷材料：作为发电机的主要能量收集部分，压电陶瓷材料需要具有良好的压电常数和机械强度，以获得最高效的能量转换。
2. 负载：一般来说，微型发电机需要搭载一个负载电阻，以便在能量转化过程中消耗多余的能量，防止发电机因过载而损坏。
3. 电路：电路是将压电陶瓷材料产生的电势差经回路处理后输出到负载的核心部分。
常见的电路包括半波整流电路、全波整流电路以及开关电路等。
4. 振动源：振动源是微型发电机运行的核心驱动力。
它可以来自气流、震动、温差或者机械振动等。
三、发电机实现过程归纳起来，微型发电机的实现可以分为以下几个步骤：1. 压电陶瓷材料的选择：根据需要收集的环境能量类型以及能量转化效率的要求，选择适合的压电陶瓷材料。
2. 发电机结构设计：基于压电发电机原理，设计发电机的结构，包括压电陶瓷材料放置位置、负载电阻值、以及电路方案。
3. 压电陶瓷材料制备：根据设计的要求，制备具有压电特性的陶瓷材料。
振荡式微型电动机三相交流电源的设计报告
编号本科生课程设计报告题目：振荡式微型电动机三相交流电源的设计物联网学院自动化专业学号学生姓名指导教师二〇一二年六月振荡式微型电动机三相交流电源的设计一：三相正弦波1.设计要求与技术指标1）设计要求：直流电转换成对称三相交流电。
2)技术指标：输入直流电压+15V, 输出三相交流电压+10V, 频率405Hz,输出电流200mA以上，三相电压不对称度小于2%，频率稳定度10﹣²～10﹣³，正弦波失真度小于1%。
2.设计方案3.单元电路的基本原理微电机驱动电源的基本单元电路如图1-1所示，图 1-1集成功率运算放大器AR1和外围元件，，电容构成有源移相器，其频率特性为（j）==﹣其幅频特性为A（）=其相频特性为式中为反相输入运算放大器的基本相移;为有源移相器的附加相移。
有源移相器的对数幅频特性为20lg A （）=20lg －20lg若取=2，=，可得有源移相器的增益A （）=1，这是有源移相器构成正弦波振荡器的幅值平衡条件；相移=－180°－60°＋360°=120°，表明输出电压领先输入电压相位角120°，这是有源移相器构成正弦波振荡的相位平衡条件。
利用Multisim 的AC Frequency Analysis 功能，将扫频范围调整到1Hz ～2MHz ，可观察到幅频特性曲线和相频特性曲线，如图1-2图1-2 图1-3 所示。
图1-3是有源移相器输出电压和输入电压的波形。
4.整体电路图1-41）电路开头由直流电源V1和电容C7、C8、C9、C10组成，对有源移相电路提供正负15V 电压。
直流电压V1，通常由单相交流电源经过变压器、整流电路、滤波电路、稳压电路等环节后取得。
2）电路主体部分将三个有源移相器级联，并将AR3的输出端与AR1的输入端连接，形成闭环电路，其环路增益AF=1，环路总相移为1200＋1200＋1200=3600。
发电机组微信控制系统的设计和应用
发电机组微信控制系统的设计和应用一、前言发电机组微信控制系统是一种新型的智能化、便捷化控制系统，可以通过微信掌上应用直接控制发电机组的开关、运行状态、参数优化等多种功能，实现了远程控制和智能化管理。
本文将对发电机组微信控制系统的设计和应用进行深入探讨，以期更好地推广和应用该系统。
二、设计原理发电机组微信控制系统的设计基于现代智能化技术，主要涵盖以下几个方面：1.硬件设计：采用高性能单片机控制芯片，配合各种传感器和执行电路，实现对发电机组的实时监测和控制，同时支持多种通信接口和数据传输方式，满足不同用户需求。
2.软件设计：采用微信公众号和手机APP开发技术，实现了对发电机组的远程控制和监测，支持多种显示方式和操作界面，操作简便、功能齐备。
3.算法优化：通过大量数据分析和实际运行测试，对发电机组的运行参数进行优化和调整，使其运行更加稳定、高效。
三、系统功能发电机组微信控制系统具有以下主要功能：1.远程控制：通过微信公众号或手机APP，可随时随地对发电机组进行开关、启停以及各种参数设置等操作，方便快捷。
2.故障监测：系统能够实时监测发电机组的运行状态，如电压、电流、频率、功率等多项参数，如出现故障或异常情况，系统能够及时报警并提供相应的处理方案。
3.参数调整：对发电机组的各项参数进行优化调整，使其运行更加平稳、高效，同时可设定多种运行模式和自动控制程序，实现更加灵活的运行管理。
4.数据记录：系统能够实时记录发电机组的各项参数和运行时间，方便用户进行后期分析和优化。
四、应用案例发电机组微信控制系统已经在多个用户场景中得到了广泛应用，以下就一些典型案例进行简要介绍：1.商业用电：某大型商场采用发电机组微信控制系统，实现了对商场用电的智能控制和管理，避免了由于用电过载等原因而导致的停电情况，提高了用电效率和稳定性。
2.电力供应：某电力公司采用发电机组微信控制系统，实现了对电网用电量控制和调度，配合其他智能化控制手段，实现了电力系统的高效稳定运行。
压电效应在微机电系统设计中的应用
压电效应在微机电系统设计中的应用引言：微机电系统（MEMS）是一种将微米级尺寸的机械元件、电子元件和传感器集成到单个芯片上的技术。
随着科技的进步，MEMS在各个领域中得到了广泛应用。
而压电效应作为MEMS中的重要技术之一，其在微机电系统设计中的应用也越来越受到关注。
一、压电效应的基本原理压电效应是指某些晶体在受到外力作用时会产生电荷分离现象。
这些晶体被称为压电材料，常见的有石英、铁电体等。
当压电材料受到外力压缩或拉伸时，晶格结构发生变化，导致正负电荷的分离，从而产生电压。
反之，当施加电压时，压电材料会发生形变。
这种双向的电-机械转换特性使得压电效应在微机电系统设计中具有广泛的应用潜力。
二、压电效应在传感器中的应用1. 压力传感器：利用压电效应，可以将压电材料制成薄膜形式，用于测量压力。
当外界施加压力时，薄膜会发生形变，从而产生电压信号。
这种传感器具有高精度、快速响应的特点，广泛应用于工业控制、医疗设备等领域。
2. 加速度传感器：压电材料可以制成微型加速度传感器，用于测量物体的加速度。
当物体发生加速度变化时，压电材料会产生相应的电压信号，通过信号处理可以得到加速度的大小和方向。
这种传感器在汽车安全系统、智能手机等设备中得到了广泛应用。
三、压电效应在能量收集中的应用压电效应还可以用于能量收集，将机械能转化为电能。
例如，将压电材料应用于鞋底或道路上，当人们行走或车辆经过时，可以通过压电效应收集到机械能，并转化为电能用于供电。
这种能量收集技术在无线传感器网络、智能建筑等领域具有重要的应用价值，可以实现自供能系统，减少对传统电池的依赖。
四、压电效应在振动控制中的应用压电材料具有良好的振动控制特性，可以用于减振和振动控制。
通过将压电材料应用于结构中，可以实现主动振动控制，即通过施加电压改变结构的刚度和阻尼特性，从而实现对振动的控制。
这种技术在航空航天、桥梁工程等领域中具有广泛的应用前景。
结论：压电效应作为MEMS中的重要技术之一，在微机电系统设计中具有广泛的应用潜力。
模电论文——振荡式微型电动机三相交流电源的仿真设计
编号本科生课程设计报告题目：振荡式微型电动机三相交流电源的设计学院专业学号学生姓名指导教师模电课程设计报告----------振荡式微型电动机三相交流电源的设计课程设计小组成员：课程设计指导老师：课程设计时间：2012.6.25~2012.7.1一、课题名称：振荡式微型电动机三相交流电源的设计二、设计内容及要求：1.振荡式三相正弦波变流电源：输入直流电压正负15V，输出三相交流电压正负10V，频率405HZ，输出电流200mA以上，三相电压不对称度小于2%，频率稳定度~，正弦波的失真度小于1%。
2.振荡式三相梯形波变流电源：输入直流电压正负30V，输出移相交流电压正负14V，频率500HZ，输出电流200mA以上，移相电压不对称度小于2%，频率稳定度~，梯形波的失真度小于1%。
3.振荡式三相方波变流电源：输入直流电压正负30V，输出方波交流电压正负15V，频率406HZ，输出电流200mA以上，方波电压不对称度小于2%，频率稳定度~。
三、设计的电路图以及工作原理分析、器件参数选择：1. 振荡式三相正弦波：（1）电路原理图：（2）工作原理分析：集成运算放大器AR1和外围元件R1，R2，R3，电容C1构成有源移相器。
其频率特性为：=)(jw A i U U 0= —12R R • CjwR 211+ 幅频特性为: =)(w A 21R R •)(2112c wR +相频特性为：C R 2arctan )(ωπωφ--=式中，π-为反相输入运算放大器的基本相移，C R 2arctan ω为有源移相的附加相移。
由幅频特性得出有源移相器的对数幅频特性为：20㏒20)(=ωA ㏒12R R 20-㏒)(212C R ω+若取12R R =2，)(320C R ==ωω，并代入相频特性和对数幅频特性式中可得有源移相器的增益1)(=ωA ，这是有源移相器构成正弦波震荡器的幅值平衡条件，相移︒=︒+︒-︒-=12036060180)(ωϕ，表明输出电压0U 领先输入电压i U 相位角︒120，是有源移相器构成正弦波震荡器的相位平衡条件。
模电论文-振荡式微型电动机三相交流电源的仿真设计
三相交流电源的驱动电路
驱动电路是三相交流电源的重要组成部分，它将控制电路的输出信号转换为驱动信号，驱动功率变换电路中的功率器件，实现对输出电压和电流的控制。
驱动电路的设计需要考虑功率器件的特性、驱动信号的幅值和波形、以及驱动电路的稳定性和可靠性等因素。
三相交流电源的输出电压波形
三相交流电源的输出电压波形是三相正弦波形，相位相差120度。每个相位的电压峰值相等，频率相同。输出电压波形的质量直接影响电动机的性能和稳定性。
三相交流电源是振荡式微型电动机的重要组成部分，它为电动机提供所需的交流电，影响着电动机的性能和效率。
三相交流电源的基本原理
三相电源
三相交流电源是指由三个彼此相差120°相位的交流电压组成的电源系统。它具有更高的功率密度和更稳定的输出电压。
电压波形
三相交流电源的电压波形是正弦波形，三个相位之间的相位差为120°。
三相交流电源的功率变换电路
三相交流电源的功率变换电路是将直流电源转换为三相交流电源的核心部分。它通常采用开关模式电源拓扑结构，通过开关器件的高频开关控制，实现直流电能向交流电能的转换。
功率变换电路的设计需要考虑效率、功率密度、稳定性、电磁兼容性等因素。为了满足振荡式微型电动机的功率需求，功率变换电路需要具有高效率、高功率密度和良好的稳定性。
电动机
三相交流电源常用于驱动三相异步电机，它通过产生旋转磁场来驱动转子旋转。
振荡式微型电动机的原理
1
电磁感应
当电流流过线圈时，会产生磁场。磁场可以与周围的磁铁相互作用，产生旋转力。
2
振荡频率
振荡式微型电动机的频率决定了其旋转速度。频率越高，旋转速度越快。
3
能量转换
振荡式微型电动机将电能转化为机械能，推动电机转轴旋转。
振动驱动MEMS压电磁电复合微能源装置能量采集电路研究毕业设计说明书
毕业论文振动驱动MEMS 压电磁电复合微能源装置能量采集电路研究学 专 业：指导教师：2014年6 月仪器与电子学院 丑修建振动驱动MEMS压电磁电复合微能源装置能量采集电路研究摘要高能量输出密度的自我供电微能源技术有着迫切的应用需求，是智能化MEMS器件系统发展的重要方向。
振动能量拾取MEMS器件具有体积小、重量轻、能量密度高、寿命长、无污染、对环境适应性强等优点，有望为野外和置入式结构的微系统、无线传感网络节点、便携式微电子产品提供可靠、长时间的电能。
本文探讨了一种基于MEMS器件的压电磁电复合型微能量采集电路。
微能量采集器工作于低频环境,当给其振动激励信号时,它能够把机械能转换为电能。
但是能量采集器直接输出的是交流电压,一般不能直接为器件供能。
所以,利用整流电路把交流转换为直流,实现为MEMS 器件供能。
文中给出了微能量采集电路,同时给出了仿真结果,实现了微能源能量的采集存储，也论证了在低频环境下这种微能量采集器的可行性。
本文首先分析了压电悬臂结构受简谐力激励的能量输出，给出了一种四悬臂梁—中心质量块结构发电器件的设计，并进行了制备；然后在此基础上进行了试验。
最后研究了适合低频发电器件的能量采集电路。
主要研究内容和结果包括：1.从压电、磁电方程入手，分析了压电、磁电发电元件在力作用下产生电荷，输出电压的原理，讨论了用于能量采集的压电、磁电元件等效电路模型。
2.通过振动方程并结合力学边界条件，对悬臂梁能量采集进行了分析，结果表明，压电悬臂梁是一个高效率的能量采集结构，尤其适合应用在低频振动环境中。
3.构建了试验平台，进行了试件的试验研究，分析了不同加速度条件下产生的能量输出效果，包括压电、磁电输出电压和短路电流。
4.给出了压电-磁电发电装置能量采集电路的设计，并进行了Multisim仿真，仿真结果表明：四悬臂梁—中心质量块结构在振动稳定且持续的环境中具有较好的效果，电容储存的能量可供微瓦级负载的使用，初试实现了电能的存储利用。
压电振动式发电机微电源智能控制应用电路的设计
压电振动式发电机微电源智能控制应用电路的设计1 引言目前，随着MEMS 技术的飞速发展和各国在微系统领域投资力度的加大，各种形式的微能源层出不穷。
在不同的微器件和微系统中，如何充分合理地利用这些微能源为负载供应能量是亟待解决的问题之一，比如在工业自动控制，植入式医疗装置、无线网络传感器等领域，人为地定时换能加电，不仅浪费财力和物力，同时也造成病人的痛苦和设备的损耗。
本文针对微能源输出功率极小但连续的特点，设计出一直新型的微功耗功智能电源管理控制电路，以把连续微量的电能加以储藏，在使用时再以较大功率间歇性输出以达到适用的目的。
该文以压电振动式发电机为例，对系统电路设计进行说明。
2 压电振动式发电机的原理和输出特性根据能量转换机理的不同，振动式发电机可以分成压电式、电磁式和静电式3 类。
其中压电振动式发电机因具有结构简单、能量密度大、易于微型化等优点，成为目前微型发电机研究的热点之一。
图1 是压电振动式悬臂梁压电发电机的示意图，悬臂梁、支座和质量块三部分构成发电机的主架结构。
中间层金属层为上下压电材料压电层的公共电极，在上压电层的顶部和下压电层的底部有作为引出电极的金属薄膜PZT。
质量块位于悬臂梁的自由端，悬臂梁的另一端固定在支座上。
随着环境的振动，悬臂梁发生变形，由于正压电效应，从而将产生变化的电势差，为负载供电。
当外界环境振动频率和悬臂梁固有频率相同时，将引起悬臂梁的共振，压电层应力和应变的变化最大，从而使发电机输出电压的变化达到最大，其双自由度模型如图2 所示。
在上式中取ω=ω1，可得到共振时的发电机输出电压。
3 微功耗智能电源管理控制电路的设计由式(5)可知，其压电振动式发电机输出功率主要由悬臂梁长度lb，质量块的。
振动式压电微型发电机及其在无线传感网络中的应用的开题报告
振动式压电微型发电机及其在无线传感网络中的应用的开题报告一、研究背景随着信息技术的快速发展，无线传感网络（WSN）在各个领域得到了广泛的应用。
WSN的节点数量和传感器的功耗成为制约其应用的两个重要因素。
为了解决这个问题，研究者们开始探索使用自供能的节点来替代常规电池供电的节点。
压电微型发电机正是一种被广泛研究的自供能技术之一。
压电材料因其可以将机械能转换为电能而被广泛应用在各种压电传感器中。
压电微型发电机则是将其应用在自供能领域的一种重要技术。
本文将研究振动式压电微型发电机的基本原理和特征，并探讨其在WSN中的应用。
二、研究目的1. 研究振动式压电微型发电机的基本原理和特征；2. 设计并制备振动式压电微型发电机，并测试其性能；3. 探讨振动式压电微型发电机在WSN中的应用；4. 给出振动式压电微型发电机在WSN中的优化方案。
三、研究内容1. 振动式压电微型发电机的原理及性能；2. 振动式压电微型发电机的设计及制备；3. 振动式压电微型发电机的性能测试；4. 振动式压电微型发电机在WSN中的应用；5. 振动式压电微型发电机在WSN中的优化方案。
四、研究方法1. 文献综述法：查阅大量文献，了解压电微型发电机的基本原理、振动式压电微型发电机的设计方法及性能测试方法等；2. 实验法：设计并制备几种不同的振动式压电微型发电机，对其性能进行测试，比较不同压电微型发电机的性能，找出最佳的设计方案；3. 数值模拟法：通过数值模拟方法对振动式压电微型发电机的工作原理进行分析和优化。
五、预期成果1. 完成振动式压电微型发电机的设计、制备及性能测试，并总结其特点；2. 探讨振动式压电微型发电机在WSN中的应用，并提出优化方案；3. 撰写毕业论文，并在相关学术期刊上发表论文。
六、研究意义1. 探索压电微型发电机在WSN中的应用，为WSN自助能技术的发展提供新思路和方法；2. 通过对微型发电机的性能测试，提高对自供能技术的了解和掌握；3. 为以后微型发电机的研究提供基础依据。
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关于压电振动式发电机微电源智能控制应用电路的设计
1 引言
目前，随着MEMS技术的飞速发展和各国在微系统领域投资力度的加大，各种形式的微能源层出不穷。
在不同的微器件和微系统中，如何充分合理地利用这些微能源为负载供应能量是亟待解决的问题之一，比如在工业自动控制，植入式医疗装置、无线网络传感器等领域，人为地定时换能加电，不仅浪费财力和物力，同时也造成病人的痛苦和设备的损耗。
本文针对微能源输出功率极小但连续的特点，设计出一直新型的微功耗功智能电源管理控制电路，以把连续微量的电能加以储藏，在使用时再以较大功率间歇性输出以达到适用的目的。
该文以压电振动式发电机为例，对系统电路设计进行说明。
2 压电振动式发电机的原理和输出特性
根据能量转换机理的不同，振动式发电机可以分成压电式、电磁式和静电式3类。
其中压电振动式发电机因具有结构简单、能量密度大、易于微型化等优点，成为目前微型发电机研究的热点之一。
图1是压电振动式悬臂梁压电发电机的示意图，悬臂梁、支座和质量块三部分构成发电机的主架结构。
中间层金属层为上下压电材料压电层的公共电极，在上压电层的顶部和下压电层的底部有作为引出电极的金属薄膜PZT。
质量块位于悬臂梁的自由端，悬臂梁的另一端固定在支座上。
随着环境的振动，悬臂梁发生变形，由于正压电效应，从而将产生变化的电势差，为负载供电。
当外界环境振动频率和悬臂梁固有频率相同时，将引起悬臂梁的共振，压电层应力和应变的变化最大，从而使发电机输出电压的变化达到最大，其双自由度模型。
在上式中取ω=ω1，可得到共振时的发电机输出电压。
3 微功耗智能电源管理控制电路的设计
由式(5)可知，其压电振动式发电机输出功率主要由悬臂梁长度lb，质量块的质量m，加速度Y和振动频率ω决定。
在实际应用中，其参数lb和m均为定值，此时发电机的输出功率就主要由ω和加速度Y决定。
振动环境的振动频率为几十赫兹到几百赫兹，环境振动加速度在0.1～1 g范围内，因此压电振动式发电机的输出功率一般在十几微瓦到几百微瓦之间。
本文主要针对外接负载功耗大于压电振动式发电机产生的平均功率的模式。
在该方案中，微电源部分由主发电机组和辅助发电机组成。
主发电机组产生的交流信号，经过整流滤波电路和储能器后，通过电源控制电路给负载供电；辅助发电机用于对所有控制电路芯片供电，并实时把多余的电量补充到主回路中去。
其电源管理控制电路系统原理框图如3所示，主要由主发电机组模块、辅助发电机模块、开关控制模块、补充控制回路和MOS开关组成。
电路所具有的特性：当储能器件的输出功率达不能满足负载功耗要求时MOS开关断开，储能器件处于完全储能状态，其漏电流为nA级，几乎为无泄漏式储能；当能量足以维持负载启动工作时，开关接通并提供一定时间的大功率输出。
在开关打开时，辅助发电机除少量能量供给控制电路外，多出能量实时补充到储能元件上，在进一步提高输出功率的同时，也提高了能量的利用率。
工作一段时间后，当发电量不足以维持负载最低功耗要求时，主回路MOS 开关自动断开重新开始蓄积能量到下一次开启工作。
该设计系统有效解决了负载如无线发射模块启动时，需要维持5～6 s 20 mA左右工作的大电流或间歇式发射所需毫安级电流与微型发电机微功率输出不足以使负载启动的矛盾。
为避免因相位的差异而损耗能量，多路发电机之间采用线性级联叠加的方案对储能器件
充电。
根据负载功耗的大小和主发电机输出功率的特点适当选择主发电机组的路数为储能器件供电。
主发电机组产生的交流电经滤波整流后供给储能器件——超级电容器。
一般电容的重复使用次数多，但能量密度小，电能的存储时间短；二次蓄电池的能量密度很高，但使用寿命太短；而超级电容比一般的常规电容容量大20～200倍的独特电容，使用寿命大大延长，且具有优良的脉冲充电性能及传统电容器所不具备的大容量存储性能。
该设计在提高储能器件充电速度的同时；能够实时补充负载间隔发射所损耗的能量。
如使用无线发射网络检测机器的振动，无线网络发射模块每发射1次电压下降大约10～15 mV，在正常情况下，每分钟发射1次。
若发电机能够在这1 mm之内为储能器件提供不低于15 mV的充电电压，就能够维持该网络的持续运行。
每次发射所损耗的电能将有发电机实时补充。
辅助发电机模块除给系统芯片功能外，还可在系统芯片稳定后通过补充回路向储能器件提供最大650 mA的实时补充电流，从而使由于负载在瞬间消耗掉能量而幅度大跌的储能器件的幅值得以很快的回升，其补充控制回路。
在补偿的过程中，整个辅助回路一直处于正常工作状态，负载工作时，辅助发电机多出的功率实时补充到超级电容上进一步提高输出功率。
开关控制模块及MOS开关电路构成了整个控制电路的核心，。
选用Maxim公司的ICL76系列双过压／欠压监测芯片。
开关控制模块利用芯片里面的迟滞比较器，一方面监测超级电容两端的电压，另一方面作为辅助补充能量控制电路的控制信号，为保证系统工作的稳定性，采用负逻辑的链接形式。
开启的上限阈值电压VU和关闭的下限阈值电压VL可根据负载工作条件自行设定。
当储能器件的输出能满足负载需求即当主储能器的电压逐渐增大而小于比较器设定的上限阈值时，迟滞比较器输出高电平，通过开关控制电路控制MOS开关关断；当主储能器的电压达到上限阈值电平VU时，迟滞比较器输出低电平，通过开关控制电路控制电子开关接通；大功耗的负载会使储能器件的电压逐渐下降，只要没有下降到迟滞比较器设定的下限阈值VL时，迟滞比较器依然输出低电平，通过开关控制电路维持MOS开关的接通；一旦储能器件的电压下降到迟滞比较器设定的下限阈值VL时，迟滞比较器输出高电平，通过开关控制电路控制MOS开关关断。
与此同时，在迟滞比较器输出为高电平时，辅助补充能量控制电路处于关断状态，辅发电机经整流滤波后的直流输出不对储能器件补充充电；在比较器输出为低高电平时，辅助补充能量控制电路接通，辅发电机经整流滤波后的直流输出直流电压对储能器件进行用的要求，提出一种超低功耗的电源管理控制系统，主要有行充电。
图4和图5分别为系统的子模块电路。
4 结语
本文主要针对微电源如压电振动式发电机，非接触式电磁感应微型发电机等输出功率较小，一般不超过1 mw，但间隔性输出负载如汽车胎压监测系统TPMS的发射模块、机器故障振动监测无线传感器网络的发射模块等对能源的输出功率和瞬时电流要求都比较大，其电压幅值范围在2.0～4.50 V之间，瞬时电流不大于30mA的情况下，一般的整流、滤波和储能电路能满足实际应用的要求，提出了一种超低功耗的电源管理控制系统。
主要由主发电机组、辅助发电机、整流滤波电路、MOS开关电路、能量存储电路、能量补充回路和控制电路构成，其静态工作电流为不大于12μA，能量损耗不大于40μw，输入开关电阻12～18 Ω。
对于峰值不大于50 V的微电源可有效的控制使用。
经过反复实验证明，对于当今高新技术发展的迫切需求和MEMS技术的重要研究方向之一的微电源的合理而充分的利用，有着广阔的应用前景和适用价值。