超声波电机无线控制技术的研究

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1、摘要超声波电机是一种利用压电陶瓷(PZT)的逆压电效应和超声振动，将弹性材料的微观改变通过共振放大和摩擦耦合转换成转子或滑块运动的新型电机。因其超声频率超过20kHz(人耳能感觉到的频率范围是20I-Iz～20kI-Iz)，故称之为超声波电机。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。通过二十余年的研究和实践，超声波电机的结构特性及其控制方式已得到了前所未有的发展。随着科学技术的发展，无线控制代替有线控制已成为控制技术发展的趋势之一。有线数据通信依赖于有线传输，因此只适合于固定终端与

2、固定终端之间的通信；而无线数据通信是通过无线电波的传播来传送数据，因而有可能实现移动状态下的移动通信。为了实现对超声波电机的无线控制，本文研究和设计了基于单片机的超声波电机无线控制系统。整个系统由无线控制端、超声波电机驱动控制器和超声波电机测试平台三部分构成。其中无线控制端是以MSP430F449为核心，具有键盘输入、液晶显示和无线收发等功能，能够实现对多台超声波电机进行控制的无线控制器。本文首先介绍总结了环形行波超声波电机的发展、特点、以及运行原理。在此基础上，总结了环形行波型超声波电机调频、调相、调幅等控制方法以及推挽、半桥和全桥驱动逆变电路的

3、优缺点。随后引入了无线控制的概念，并对无线通信的原理及特点进行了详细的介绍。设计了以MSP430F449为核心，利用射频模块CCll00完成无线通信的控制系统，并对其硬件和软件的设计进行了全面地说明。在此基础上，为了适应实用化和产业化的需求，进一步对系统进行了小型化改进，以便拓展其今后在超声波电机驱动的窗帘系统中的实际操作性。最后，本文进行总结，提出了整个设计中的不足以及日后继续研究的方向。关键词：环形行波超声波电机，单片机，无线控制Abstract啊1cultrasonicmotor(USM)isanewkindofmotorthatutiliz

4、estheconversepiezoelectriceffectandthefrictioncouplingoperationbetweenthestatorandtherotortoperformtheenergyconversionfromtheelectricenergytothemechanicalenergy．ItisbeencalledUltrasonicmotorbecauseofitsdrivingfrequencyisbeyondhuman’Sfeelingrange．Ithasreceivedtheresearchers’att

5、entionasakindofdirectdrivemotorallovertheWOddfromthe80mlastcentury．，111eultrasonicmotorisbecomingahotspotintheelectro．mechanicalcontrolfield．ThestructuralcharacteristicsanddrivemethodofUSMhasbeenunprecedenteddevelopmentwiththeresearchandpracticemorethantenyears．Itisantrendthat

6、wirelesscontroltakingplaceofwirecontrolwiththedevelopmentofscience．Comparedwithwirecontrol，wirelesscontrolcanmakethecontrolledobjectappliedtoawiderangeofoccasions．InordertocontroltheUSMwirelessly,theUS：MwirelesscontrolsystembasedonMCUhasbedesigned，whichiscomposedofremoter,thed

7、riverandthecontrollerofUSMandtheUSMtestingplatform．ThcremoterisadevicebasedonMSP430F449whichhavefunctionslikekeyboardinput,LCDdisplayandfeaturessuchaswirelesstransceivers，anditCanbeusedtocontrolmultipleUSMs．ThecharacteristicofstructureandthemechanismofmovementofRing-typeTravel

8、ling．WaveUltrasonicMotorsaresummarized．Basedonthis，thecontrol