基于DSP多模控制的超声波电机测控系统研究

摘要

为适应灵活性、快速性、简便性的控制要求，多年来国内外科技界和工业界就一直致力于研究各种新型微电机。其中，超声波电机利用压电陶瓷的逆压电效应，将材料的微观形变通过共振放大和摩擦耦合转换成转子或滑块的宏观运动。它作为一种直接驱动电机从20世纪80年代以来备受各国科研工作者的青睐，已成为当前机电控制领域的一个研究热点。
　　 本文首先分析超声波电机的运行机理，确立行波型超声波电机定子表面质点椭圆运动轨迹的形成，对行波式超声波电机建立数学模型。然后对测控系统进行设计。本文所设计的超声波电机测控系统具备以下基本功能：
　　 (1)、两路驱动信号相位0-180°连续可调；(2)、两路驱动信号可反向调节，以改变转向；(3)、频率输出20kHz～100 kHz内可调；(4)、因驱动对象超声波电机为容性负载，故要实现阻抗匹配。(5)、具有测试和实际运行切换功能。；(6)、具有工作状态设定，参数设定、控制方式设定、参数显示，波形跟踪功能；
　　 本文在结合已有超声波电机调压、调频、调相控制方式的基础上，采用PID和模糊控制相结合的控制策略。由于模糊控制系统存在一定的稳态误差，存在一个控制盲区;PID控制对控制对象的变化适应性不强，故本设计采用基于数字信号处理器(DSP)的多模控制策略，在大偏差范围内采用模糊控制，在小偏差范围内转换为PI D控制，二者的转换由DSP根据事先设定的偏差阈值实现。并对模糊控制规则进行自校正(自动寻优)。
　　 仿真结果表明，本文的控制策略与传统控制策略相比，响应速度快，调节精度提高，稳态性能好，而且没有超调和振荡，具有较强的鲁棒性。本文所设计的超声波测控系统能够很好的测试超声波电机的转速-转矩、转速-电流、转速-效率、转速-频率、转速-相位特性，这对于超声波电机控制策略的确定及超声波电源的研制和开发，以及对超声波电机的推广使用具有积极的意义。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章 绪论

1.1微电机发展概述

1.2国内外研究现状

1.3本文的主要工作

第2章 行波超声波电机驱动控制原理

2.1环形行波超声波电机运行机理

2.1.1环形行波超声波电机结构特点

2.1.2行波超声波电机运动分析

2.2行波超声波电机驱动控制

2.2.1驱动控制原理

2.2.2驱动控制方法

2.2.3驱动控制方法分析

2.3小结

第三章 测控系统的总体设计与硬件结构

3.1超声波电机对测控系统的要求

3.2系统方案设计

3.2.1控制板

3.2.2 CPLD的功能

3.2.3功率输出部分

3.2.4主控DSP芯片

3.2.5人机界面

3.2.6检测环节

3.3小结

第四章 系统多模控制方法及其实现

4.1模糊控制的基本原理

4.2模糊控制器的设计过程

4.2.1模糊控制器的结构的选定

4.2.2精确量的模糊化方法

4.2.3建立模糊控制器的控制规则

4.2.4模糊控制推理与输出信息的模糊判决

4.3多模(P-FUZZY-PI)控制器的设计

4.4系统软件的总体方案

4.4.1比例控制

4.4.2 FUZZY控制器的设计

4.4.3 PI调节器的设计

第五章 仿真结果

5.1仿真分析

5.2仿真结果

总结

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文