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行波超声波电机相移PWM驱动与控制研究

作　者: 王海彦
导　师: 史敬灼
学　校: 河南科技大学
专　业: 控制理论与控制工程
关键词: 超声波电机 转速控制 复合控制 神经网络 相移PWM
分类号: TM359.9
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 28次
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内容摘要


超声波电机是一种新型的运动控制执行单元。由于其特殊的结构特点和运行机理,使得它具有一些不同于传统电磁电机的显著优点。这些特点使其在非连续和精密运动控制领域有着广阔的应用前景,因而超声波电机运动控制技术的研究倍受关注。但是,超声波电机具有很强的时变非线性,为使其性能得到充分发挥,必需为之设计专门的驱动控制电路和有针对性的控制策略。本文首先对超声波电机驱动电路非线性进行了详细的分析研究,指出了其中存在的控制非线性现象及其缘由,为高性能驱动装置的合理设计及控制非线性的改善提供依据。基于上述电路非线性分析,设计了H桥相移PWM驱动电路以减弱电路导致的控制非线性。设计了一种基于CPLD的相移H桥PWM控制信号发生器,设计了基于CPLD的SPI通信以实现DSP与PWM信号发生器之间的控制信息传输,不仅实现了超声波电机对驱动控制信号的特别要求,而且为控制算法的设计提供了完全的控制自由度。在这一数字化驱动控制硬件平台基础上,本文研究了超声波电机的转速闭环控制。研究了电机两相驱动电压幅值的闭环控制,实现了两相电压幅值一致并可控,提高了电机运行稳定性。采用神经网络控制器解决了超声波电机高速起动困难问题,随后设计并实现了超声波电机的转速多变量复合控制策略,采用频率、电压幅值两个可控变量进行转速的协调控制。实验表明,所设计驱动控制装置有较高的控制精度和稳定性,所设计控制策略简单有效。

全文目录


摘要  2-3
ABSTRACT  3-7
第1章 绪论  7-18
  1.1 引言  7-8
  1.2 超声波电机国内外发展现状  8-10
  1.3 超声波电机驱动控制技术的发展  10-15
  1.4 论文的主要研究内容  15-17
  1.5 论文的内容安排  17-18
第2章 行波超声波电机驱动电路非线性研究  18-36
  2.1 引言  18
  2.2 驱动超声波电机推挽式变换器工作过程分析  18-27
    2.2.1 感性负载时的工作过程  20-23
    2.2.2 容性负载时的工作过程  23-26
    2.2.3 推挽式变换器工作过程分析与讨论  26-27
  2.3 超声波电机串联电感匹配电路研究  27-35
    2.3.1 超声波电机的匹配电路  28-30
    2.3.2 超声波电机匹配电路的实验研究  30-34
    2.3.3 实验结果的讨论与分析  34
    2.3.4 串联匹配电路设计原则  34-35
  2.4 小结  35-36
第3章 行波超声波电机 H 桥相移 PWM 控制  36-60
  3.1 引言  36
  3.2 H 桥相移PWM 控制  36-50
    3.2.1 H 桥相移PWM 控制方法  37-39
    3.2.2 相移PWM 信号发生器的工作原理  39-41
    3.2.3 基于CPLD 的相移PWM 控制信号发生器  41-50
  3.3 H 桥控制电路设计与实现  50-56
    3.3.1 DSP 与CPLD 的同步串行通信  51-53
    3.3.2 DSP 对PWM 信号发生器的控制  53-56
  3.4 H 桥相移PWM 电路与推挽式电路对比分析  56-59
  3.5 小结  59-60
第4章 行波超声波电机电压幅值闭环控制  60-71
  4.1 引言  60
  4.2 电压幅值闭环控制设计与实现  60-66
  4.3 实现结果与分析  66-70
  4.4 小结  70-71
第5章 行波超声波电机转速闭环控制  71-109
  5.1 引言  71
  5.2 基于神经网络的行波超声波电机起动控制  71-80
    5.2.1 超声波电机高转速起动实验分析  71-74
    5.2.2 基于前向神经网络的起动控制  74-80
  5.3 超声波电机转速闭环控制  80-92
    5.3.1 以频率为控制变量的转速闭环控制  80-88
    5.3.2 频率与电压幅值双变量复合速度控制  88-92
  5.4 实验结果与分析  92-102
  5.5 行波超声波电机位置控制  102-108
  5.6 小结  108-109
第6章 结论  109-111
参考文献  111-116
致谢  116-117
攻读硕士学位期间的研究成果  117

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中图分类: > 工业技术 > 电工技术 > 电机 > 特殊电机 > 其他
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