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超声波电机谐振驱动控制技术研究

作　者: 张瑞
导　师: 刘兆魁
学　校: 河南科技大学
专　业: 检测技术与自动化装置
关键词: 超声波电机驱动控制 LC谐振转速控制
分类号: TM359.9
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 35次
引　用: 1次
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内容摘要

超声波电机作为一种全新概念的微特电机,具有很多传统电磁电机无法比拟的优越性能,如无电磁干扰、低速大转矩、动作响应快、运行无噪声、无输入自锁等,使其在非连续运动及精密运动控制领域具有广阔的应用前景。随着超声波电机应用领域的不断开拓,不少场合需要使用的电机体积小、重量轻,因此,微型化成为超声波电机驱动控制系统研究的一个重要方向。根据超声波电机的容性负载特性,通过串联匹配电感,用方波驱动信号控制MOSFET的开通和关断,使匹配电感与等效电容构成LC谐振电路。超声波电机本体直接参与的LC谐振升压的无变压器式驱动电路,电机不再被动的作为信号接受者,而是其作为电路中的元件组成振荡电路,主动参与了驱动信号的产生。振荡电路原理简单、结构紧凑、元器件少,能减小超声波电机的电路体积,且能实现信号的发生和功率的放大,有利于超声波电机驱动控制系统的微型化。本文根据上述分析,并在总结超声波电机驱动控制装置建模与仿真研究现状的基础上,提出了一种新的驱动控制方法,即调频控制方法。这种方法固定所有电路参数,只改变驱动MOSFET开关管的PWM信号频率、占空比。为形成完整的振荡波形,需要合理匹配频率和占空比值,最终使LC谐振生成的正弦波等效效应发生改变,实现对超声波电机的驱动控制。以USR30为研究对象,通过软件仿真、搭建硬件实验电路、构建基于DSP的驱动控制系统,对此方法进行实验验证。本文的研究,探索了超声波电机驱动控制系统的简单化和可靠性,为超声波电机驱动控制系统的微型化作了有参考价值的工作,并为进一步有效地驱动控制电机提供可靠的依据。

全文目录

摘要  2-3
ABSTRACT  3-6
第1章绪论  6-14
  1.1 超声波电机的概述  6-7
  1.2 超声波电机的研究现状  7-9
  1.3 超声波电机驱动控制的研究现状  9-13
    1.3.1 超声波电机的驱动特性和研究现状  9-10
    1.3.2 超声波电机的控制特性和研究现状  10-11
    1.3.3 超声波电机的谐振升压驱动控制技术  11-13
  1.4 本文的主要工作  13-14
第2章超声波电机 LC 谐振升压驱动控制  14-24
  2.1 驱动控制系统的微型化  14
  2.2 无变压器式LC 谐振升压驱动  14-20
    2.2.1 超声波电机的等效电路  14-16
    2.2.2 谐振升压驱动电路和原理  16-20
  2.3 调速控制方案的选取  20-23
    2.3.1 自激振荡变频控制特性  20-22
    2.3.2 调频调占空比的控制方法  22-23
  2.4 小结  23-24
第3章超声波电机谐振升压驱动设计与实现  24-35
  3.1 驱动控制信号的仿真实验研究  24-27
  3.2 基于硬件电路的信号选取  27-34
    3.2.1 串联匹配电感的选择  27-28
    3.2.2 前级驱动硬件电路的设计  28-31
    3.2.3 不同驱动控制信号的实验结果对比分析  31-34
  3.3 小结  34-35
第4章基于 DSP 的超声波电机转速闭环控制系统  35-57
  4.1 超声波电机的稳定性控制  35-36
  4.2 转速闭环控制系统的构成  36-56
    4.2.1 PWM 驱动控制信号的产生  38-41
    4.2.2 超声波电机转速的测量  41-45
    4.2.3 控制算法  45-52
    4.2.4 串行通信SCI  52-55
    4.2.5 实验结果与分析  55-56
  4.3 小结  56-57
第5章结论  57-59
参考文献  59-63
致谢  63-64
攻读硕士学位期间的研究成果  64

超声波电机谐振驱动控制技术研究

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