面向超声电机的压电陶瓷驱动系统研究

摘要

超声电机是从20世纪80年代开始迅速发展起来的一种综合性较强的新型电机，之所以称之为超声电机，是因为其工作时的谐振频率在超声频域。超声电机的工作原理区别于传统的电磁电机，利用压电陶瓷的逆压电效应产生超声振动，然后通过定、转子间的摩擦作用将能量传递给转子，使转子运动，驱动负载；具有结构紧凑、低速大转矩、无电磁干扰、响应快、控制特点好、噪声低等优点，因此，它在精密仪器仪表、智能机器人、航空航天、办公自动化设备等领域有着广泛的应用前景。超声电机的正常工作离不开驱动系统，由超声电机的工作原理可知，驱动系统直接驱动的对象为压电陶瓷，因此，本文研究设计面向超声电机的压电陶瓷驱动系统。
　　在研究超声电机工作原理及其驱动系统的基础上分析面向超声电机的压电陶瓷驱动系统的驱动要求，设计一种基于DDS技术的驱动系统。该驱动系统主要由以STM32为核心控制器、DDS芯片为信号发生器、相应的调理电路、参数输入和显示几个模块组成，由于该驱动系统主要采用数字化的集成芯片和微处理器，使得驱动系统趋于小型化和智能化并具有较高的控制精度。介绍驱动系统各模块功能原理并绘制电路原理图、设计相应的软件程序、制作驱动系统实物并搭建实验平台进行实验，实验结果表明驱动系统能够输出符合超声电机驱动要求的两相正弦信号，并能实现高分辨率的调频和调压，满足超声电机的调速需求。

目录

声明

第一章 绪论

1.1 超声电机的发展概况和研究现状

1.2 面向超声电机的压电陶瓷驱动系统发展概况及研究现状

1.3 课题的主要研究内容

第二章 面向超声电机的压电陶瓷驱动系统构建

2.1 超声电机原理研究

2.2 驱动系统的需求分析

2.3 驱动系统的技术指标

2.4 驱动系统的总体结构设计

2.5 本章小结

第三章 基于DDS的超声电机驱动系统控制电路

3.1 DDS数字频率合成技术原理

3.2 DDS合成方案选择

3.3 基于STM32的主控电路设计

3.4 键盘与显示电路设计

3.5 DDS驱动信号生成控制

3.6 本章小结

第四章 驱动系统的DDS信号调理电路

4.1 DDS驱动信号的滤波

4.2 DDS驱动信号的幅值与功率匹配

4.3 本章小结

第五章 驱动系统软件开发

5.1 驱动系统软件开发平台介绍

5.2 驱动系统软件结构设计

5.3 用户输入处理程序设计

5.4 LCD显示屏程序设计

5.5 DDS驱动信号生成程序开发

5.6 本章小结

第六章 驱动系统的实验测试与分析

6.1 驱动系统的PCB设计

6.2 实验平台介绍

6.3 实验结果与分析

6.4 本章小结

第七章 总结与展望

7.1 全文总结

7.2 研究展望

致谢

参考文献

攻读学位期间的科研成果

附录A

附录B