维持超声电机工作状态恒定的驱动控制器的研究

摘要

超声电机独特的优点，使其在多个领域得到了一定程度的应用。然而，随着外界因素的变化，电机的工作状态也随之改变，这就对电机的推广应用带来一定限制。驱动控制是超声电机性能提高和工程应用的关键技术之一。纵观国内现有超声电机的闭环驱动控制器，虽然尝试应用多种不同的反馈信号对电机进行控制，其跟踪控制的指标却也仅限于电机的速度，而不是其工作状态。根据日本专利和国外大量实验证明，电机存在某些相位差，即使电机的驱动条件改变，只要保持该相位差不变，就可以达到维持电机某一工作状态的目的，比如使电机一直保持在效率较高状态运行。实验研究表明，有多种相位差可反映电机的工作状态，但驱动电压与孤极反馈电压的相位差在电机工作频带内变化范围大且易于检测。本文利用稳定该相位差的方法来达到稳定电机工作状态的目的。 本文的主要内容概括如下： 1.从硬件方面详细介绍整个驱动控制系统的组成和工作原理，给出系统结构设计框图、设计方案，并详细介绍了系统各硬件组成功能模块的工作原理和电路实现，并辅以实验验证。 2.鉴于此课题为初步探索性研究，软件控制采用实现简单、易于操作的经典PID控制算法。简单介绍了PID控制算法的分类及本文所采用的增量式PID控制策略的原理，给出控制流程图。针对本控制系统的实际控制要求，结合前述硬件设计部分，对软件进行相应设计予以配合。 3.通过实验的方法对自行研制的可维持超声电机工作状态恒定的驱动控制器进行实验研究，通过在线调试实验，发现问题、解决问题，力求进一步提高完善系统性能，最后给出驱动控制实验结果，验证了该新型超声电机驱动控制器的实用性。