用于小型仿生扑翼机的驱动电路研制

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1、分类号：TP242单位代码：10183研究生学号：2015512025密级：公开吉林大学硕士学位论文（学术学位）用于小型仿生扑翼机的驱动电路研制DevelopmentofaDriveCircuitAppliedinMiniBionicFlappingWingAerialVehicle作者姓名：徐子明专业：电路与系统研究方向：微型电路拓扑研究及应用指导教师：王一丁教授培养单位：电子科学与工程学院2018年6月—————————————————————————————————用于小型仿生扑翼机的驱动

2、电路研制—————————————————————————————————DevelopmentofaDriveCircuitAppliedinMiniBionicFlappingWingAerialVehicle作者姓名：徐子明专业名称：电路与系统指导教师：王一丁教授学位类别：工学硕士答辩日期：年月日未经本论文作者的书面授权，依法收存和保管本论文书面版本、电子版本的任何单位和个人，均不得对本论文的全部或部分内容进行任何形式的复制、修改、发行、出租、改编等有碍作者著作权的商业性使用（但纯学术性使

3、用不在此限）。否则，应承担侵权的法律责任。吉林大学硕士学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交学位论文，是本人在指导教师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。学位论文作者签名：日期：年月日《中国优秀博硕士学位论文全文数据库》投稿声明研究生院：本人同意《中国优秀博硕士学位论文全文数据库》出版章程的内容，愿意将

4、本人的学位论文委托研究生院向中国学术期刊（光盘版）电子杂志社的《中国优秀博硕士学位论文全文数据库》投稿，希望《中国优秀博硕士学位论文全文数据库》给予出版，并同意在《中国博硕士学位论文评价数据库》和CNKI系列数据库中使用，同意按章程规定享受相关权益。论文级别：■硕士□博士学科专业：电路与系统论文题目：用于小型仿生扑翼机的驱动电路研制作者签名：指导教师签名：年月日作者联系地址（邮编）：吉林省长春市前进大街2699号吉林大学前卫南区（130012）作者联系电话：用于小型仿生扑翼机的驱动电路研制摘要本

5、论文课题来源于国家自然科学基金“基于压电双晶片材料的微型仿生扑翼机能效提升研究”，项目编号61403160。小型仿生扑翼机可以应用在军事侦察，环境监测，地质勘探，人员搜救，作物授粉等领域，是当前国内外科研机构致力研究的对象。其优势在于机动力强、能量损耗小、飞行方式灵活高效，但目前关于其动力源的研究相对较少，还处于实验室阶段。本论文以“人造肌肉”压电材料作为小型仿生扑翼机的驱动材料，以高效的能量传递为目标，设计了相应的驱动电路，将低压直流电转换为可以驱动压电致动器的高压交流电，同时尽可能减小电路的

6、损耗。该设计利用压电致动器本身能耗小的特点结合具有回收未消耗能量功能的电路，提升了整个驱动电路的能量转换效率。首先，本论文从小型仿生扑翼机及其驱动方式的国内外研究进展和相关的驱动电路入手，在前人的研究基础上，介绍了使用压电致动器驱动小型仿生扑翼机在低雷诺数下飞行的原理和方式，以及压电致动器的等效模型和驱动策略。其次，本论文设计了基于DC/DC和DC/AC的两级驱动电路拓扑，以FLYBACK电路和基于LC网络及半桥电路的转换电路将低压直流电转换成可以驱动压电致动器的高压交流电。并从理论层面解释了驱

7、动电路的能量流动，以回收压电致动器中未消耗能量的方式提高了整个电路的效率。再次，基于Arduino开源软硬件设计了驱动电路及其辅助电路，同时设计了用于控制驱动电路的LabVIEW上位机软件，可以对电路进行基于图形化界面的无线控制。最后，本论文研制了驱动电路的原型，并对其进行了相关的电气性能测试和驱动压电致动器测试，从而验证了整个设计的正确性和可行性。本论文的创新点：以Flyback为DC/DC阶段电路、以LC网络和半桥电路为DC/AC阶段电路I构建了DC/DC/AC驱动电路拓扑，最高转化效率可达

8、84.6%，可用于驱动基于压电双晶片的小型仿生扑翼机，并支持多翼扩展。关键词：小型仿生扑翼机，压电致动器，驱动电路，FLYBACKIIDevelopmentofaDriveCircuitAppliedinMiniBionicFlappingWingAerialVehicleAbstractTheissueofthisdissertationissupportedbytheNationalNaturalScienceFoundationofChina"TheResearchonEnergyEffi