超声波电机谐振驱动控制技术研究

【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。