压电式送料器驱动电源设计与速度控制研究

摘要

压电式送料器具有噪声小、无磁干扰、体积小、响应速度快等特点，因而在薄、轻、细的精密零部件自动化输送方面得到广泛地运用。然而，国内压电式送料器研究起步较晚，其电源驱动技术不够成熟，如电源稳定性和效率仍低于国外技术水平。而且国内对物料恒速输送场合的振动控制方面研究少，仅外接昂贵的振幅传感器作为谐振运动检测部件，而未从软件算法中实现振动控制。因此，本文研究对国内压电式送料器的电源驱动技术发展具有重要指导意义。文中设计出一款工作稳定且性价比高的驱动电源，并提出送料速度恒定振动控制算法。
　　根据压电式送料器驱动电源的指标需求，采用ARM单片机作为控制器，使用uC/OS-Ⅱ嵌入操作系统对其任务和内存管理，并结合逆变器思想设计出一款幅值与频率均可调、多种保护、人员交互等功能的驱动电源，也为送料速度恒定控制研究提供硬件平台。其中幅值调节采用DAC控制开关电源输出电压也就是控制逆变电路中直流输入电压得到，频率调节采用SPWM控制技术控制逆变电路中功率开关管的通断频率得到。并进一步搭建自动输送简易平台，通过长时间驱动压电式送料器输送3528封装大小的贴片式 LED实验。实验表明该系统输出波形稳定平滑，发热量少，压电式送料器能够长时间稳定工作。
　　根据振动控制理论建立压电式送料器动力学模型，利用频率特性法得到其位移与频率之间的数学关系式和系统传递函数，为系统振动控制提供精确的数学模型。考虑送料器位移振幅与送料速度之间的近似线性关系，将 PID算法运用到系统振动控制，系统可随谐振频率变化实时调节驱动频率，使其位移振幅维持在一定范围内，最终达到送料速度恒定控制效果。通过MATLAB仿真含
　　PID补偿器的闭环系统，获得理想PID补偿器传递函数，求得算法控制实现所需的比例系数、积分系数和微分系数，便于控制算法实现。

目录

封面

中文摘要

英文摘要

目录

第1章 绪 论

1.1 课题背景及研究意义

1.2 压电式送料器的研究现状

1.3 主要工作内容

第2章 系统硬件设计与实现

2.1 系统驱动电源总体设计

2.2 处理器STM32F103系列概述

2.3 开关电源的设计

2.4 逆变电路及LC滤波电路设计

2.5 驱动与保护电路设计

2.6 其它模块电路设计

2.7 本章小结

第3章 系统软件设计与实现

3.1 驱动程序设计

3.2 幅频可调正弦波的产生机理与SPWM程序实现

3.3 送料速度恒定控制程序实现策略

3.4 本章小结

第4章 恒定送料速度控制算法及其仿真

4.1 系统振动模型的建立

4.2 系统速度恒定振动控制及仿真结果

4.3 本章小结

第5章 实验与分析

5.1 主要功能测试实验

5.2 整体驱动测试实验

5.3 速度变化测试实验

5.4 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的学术论文

声明

致谢