一种压电换能器的动态阻抗匹配方法与频率跟踪

摘要

动态阻抗匹配技术能够提高压电换能器的输出功率和能量转换效率。现有动态阻抗匹配方法多采用智能数值寻优算法，但智能算法建模复杂、迭代时间长、计算量大，针对这一问题，提出了一种基于数据拟合的动态阻抗匹配方法，并设计了相应的可无级调节的T型阻抗匹配网络。所提方法通过工作频率微调，获取对应频率下换能器电阻、电抗分量的观测值，以最小残差平方和为判断依据，得到一组拟合程度最高的换能器等效电路参数，结合相关公式计算出匹配网络元件参数和换能器串联谐振频率，在实现换能器动态阻抗匹配的基础上，进一步实现了频率追踪功能。在Python中对动态阻抗匹配方法进行仿真，在MATLAB/Simulink中搭建仿真电路对阻抗匹配与频率追踪的效果进行仿真，结果表明：所提方法能够较为准确地得到换能器等效电路参数，匹配后的T型阻抗匹配网络两端的电压、电流信号基本同相，有功功率有了明显提升，匹配效果良好，并且相较于遗传算法匹配速度也有了显著提升。

关键词

压电换能器 / T型匹配网络 / 动态阻抗匹配 / 频率追踪 / 数据拟合 / 最小二乘法