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基于DSP多模控制的超声波电机测控系统研究

王续宇  
【摘要】: 为适应灵活性、快速性、简便性的控制要求,多年来国内外科技界和工业界就一直致力于研究各种新型微电机。其中,超声波电机利用压电陶瓷的逆压电效应,将材料的微观形变通过共振放大和摩擦耦合转换成转子或滑块的宏观运动。它作为一种直接驱动电机从20世纪80年代以来备受各国科研工作者的青睐,已成为当前机电控制领域的一个研究热点。 本文首先分析超声波电机的运行机理,确立行波型超声波电机定子表面质点椭圆运动轨迹的形成,对行波式超声波电机建立数学模型。然后对测控系统进行设计。本文所设计的超声波电机测控系统具备以下基本功能: (1)、两路驱动信号相位0-180°连续可调:(2)、两路驱动信号可反向调节,以改变转向;(3)、频率输出20kHz-100kHz内可调;(4)、因驱动对象超声波电机为容性负载,故要实现阻抗匹配。(5)、具有测试和实际运行切换功能。;(6)、具有工作状态设定,参数设定、控制方式设定、参数显示,波形跟踪功能; 本文在结合已有超声波电机调压、调频、调相控制方式的基础上,采用PID和模糊控制相结合的控制策略。由于模糊控制系统存在一定的稳态误差,存在一个控制盲区;PID控制对控制对象的变化适应性不强,故本设计采用基于数字信号处理器(DSP)的多.模控制策略,在大偏差范围内采用模糊控制,在小偏差范围内转换为PI D控制,二者的转换由DSP根据事先设定的偏差阈值实现。并对模糊控制规则进行自校正(自动寻优)。 仿真结果表明,本文的控制策略与传统控制策略相比,响应速度快,调节精度提高,稳态性能好,而且没有超调和振荡,具有较强的鲁棒性。本文所设计的超声波测控系统能够很好的测试超声波电机的转速-转矩、转速-电流、转速-效率、转速-频率、转速-相位特性,这对于超声波电机控制策略的确定及超声波电源的研制和开发,以及对超声波电机的推广使用具有积极的意义。


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