论文部分内容阅读
超声波电机作为一种基于压电陶瓷材料的逆压电效应而进行工作的电机,具有运行噪声低、无电磁干扰、惯性小、响应快、断电自锁等诸多优点,因而,其在精密运动控制领域内得到了广泛应用。然而,由于压电能量转换、摩擦能量传递等始终贯穿于超声波电机运行期间,电机内部的非线性以及多个变量间的耦合效应均为明显。因此,需迫切提出有效的控制策略,并设计相应的驱动控制系统。本课题主要研究内容如下：1.引入了超声波电机的低频PWM控制思想。主要对通断PWM控制策略、正反转PWM控制策略以及正反转停PWM控制策略的原理进行了阐述；并从定子行波振动状况、开环转速特性以及输入功率等方面对三种低频PWM控制方法进行了比较,总结出了它们的适用场合。2.提出了基于低频PWM和单神经元自适应的控制方法。采用单神经元自适应策略产生一路低频PWM信号,将该低频PWM信号同采用DDS技术产生的四路对称高频PWM信号进行逻辑“与”运算,从而构成了通断PWM控制,以应对超声波电机的非线性和时变性给控制系统带来的挑战。重点对PID控制器参数的求解以及加权系数的调整过程,进行了深入的分析。3.对基于低频PWM和单神经元自适应超声波电机控制系统的架构进行设计。包括：基于DDS的四路对称PWM信号发生单元设计、双推挽逆变功放单元的设计、定子表面孤极电压反馈单元的设计、信号调理单元的设计、光耦隔离单元的设计、继电器保护单元的设计、电源模块的设计,以及基于Visual Basic的上位机界面设计。4.以两相行波超声波电机为实验电机,在基于DSP与CPLD相结合的驱动控制系统以及超声电机仿真软件的配合下进行了系统性能仿真测试,并着重对超声波电机的转速和位置特性曲线进行了分析。仿真结果表明,基于低频PWM和单神经元自适应的超声波电机控制系统,与固定PID参数控制系统相比较而言,具有较高的自适应性。