基于虚拟仪器的超声波电机驱动控制的研究

摘要

超声波电机作为上个世纪80年代快速发展起来的一种直接驱动电机，利用压电陶瓷逆压电效应激发超声振动作为驱动力，通过定转子间的摩擦力来驱动转子运动。由于其特殊的工作原理，具有许多不同于传统电磁电机的特点，如低速大转矩、无电磁干扰、动作响应快、断电自锁、运行无噪声等。在工业、办公、过程自动化等领域的伺服系统中作为直接驱动执行器得到了广泛的关注。
　　 虚拟仪器技术是现代计算机系统和仪器系统相结合的产物，利用计算机的强大功能来实现和扩展传统仪器的功能，实现信号的采集、处理、保存、显示等功能。与传统仪器相比，虚拟仪器具有实现简单、高度的灵活性和可扩展性、性价比高、界面友好等优点。
　　 本文主要研究了基于虚拟仪器技术的行波超声波电机的驱动和控制。使用NI公司的多功能数据采集卡PXI-6251、函数信号发生器PXI-5402和LabVIEW软件开发平台构建了行波超声波电机驱动控制系统。并在该系统的基础上，对行波超声波电机的速度控制展开研究，利用遗传算法对常规PI恒转速控制的控制参数进行整定，取得了良好的效果。为了更好的适应控制对象的时变性，又引入了模糊控制，对PI控制参数进行在线调整，改善了电机控制效果。最后，对行波超声波电机的微步进特性进行了研究，在已有的软硬件平台基础上建立了超声波电机微步进控制，并对测试结果进行了分析。

目录

文摘

英文文摘

第1章 绪论

1.1 超声波电机概述

1.1.1 超声波电机简介

1.1.2 超声波电机分类

1.1.3 超声波电机的特点

1.2 超声波电机的发展和应用

1.3 本论文的研究意义和内容

1.3.1 研究意义

1.3.2 研究内容

参考文献

第2章 环形行波型超声波电机的运行机理及驱动控制方式

2.1 环形行波型超声波电机结构与运行原理

2.1.1 环形行波超声波电机结构

2.1.2 环形行波超声波电机的运行机理

2.2 环形行波超声波电机的驱动控制原理

2.2.1 驱动方式

2.2.2 调速原理与方法

2.3 本章小结

参考文献

第3章 基于虚拟仪器的超声波电机驱动控制系统的设计

3.1 虚拟仪器

3.1.1 虚拟仪器概述

3.1.2 虚拟仪器的优点

3.1.3 虚拟仪器的现状与发展

3.1.4 虚拟仪器的构成

3.2 软件开发平台介绍

3.2.1 LabVIEW语言特点

3.2.2 VI的组成

3.2.3 LabVIEW的操作模板

3.2.4 LabVIEW程序设计过程

3.3 硬件平台介绍

3.3.1 虚拟仪器硬件平台种类介绍

3.3.2 PXI平台各模块功能简介

3.4 系统设计

3.4.1 系统总体结构设计

3.4.2 超声波电机驱动实现

3.4.3 电机转速反馈

3.5 本章小结

参考文献

第4章 行波超声波电机速度控制

4.1 常规PI转速控制

4.1.1 常规PI控制器设计

4.1.2 基于遗传算法的PI参数整定

4.1.3 测试结果与分析

4.2 模糊控制

4.2.1 模糊控制简介

4.2.2 模糊PI控制器设计

4.2.3 测试结果与分析

4.3 界面的设计

4.4 本章小结

参考文献

第5章 行波超声波电机微步进控制与测试

5.1 系统的设计

5.1.1 微步进控制的实现

5.1.2 电机转角的测量

5.1.3 脉冲组数的控制

5.2 界面设计

5.3 测试结果及分析

5.4 本章小结

参考文献

第6章 总结与展望

6.1 本文主要贡献

6.2 存在的不足及进一步研究的方向

致谢

作者简介