超声波电机控制系统的研究

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1、摘要摘要超声波电机是～种全新原理的直接驱动电机，它利用压电陶瓷逆压电效应激发的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。与传统的电磁电机相比，它具有低速大转矩、无电磁干扰、动作相应快、运行无噪声、无输入自锁等卓越特性，在非连续运动领域、精密控制领域要比传统的电磁电机性能优越得多。超声波电机在工业控制系统、汽车专用电器、精密仪器仪表、办公自动化设备、智能机器人等领域有广阔的应用前景，近年来倍受科技界和工业界的重视，成为当前机电控制领域的一个研究热点。本文主要研究行波型超声波电机及其控制原理，并对基于DSP的超声波电机测控系统和

2、超声波电机的速度与定位控制做了深入的研究。本文主要研究内容及成果如下：总结了超声波电机研究的现状和发展，特别是驱动控制技术的特点和发展，展示了超声波电机的卓越特性及广阔的应用前景。在此基础上，提出了超声波电机控制技术研究的发展方向，明确了本文的研究内容。在对环形行波型超声波电机运行机理进行分析的基础上，对超声波电机数学模型和电学等效模型进行了分析，总结了环形行波型超声波电机驱动控制策略和控制系统的原理。根据超声波电机的原理和控制特性，在基于DSP的超声波电机控制系统的平台上对超声波电机的控制系统进行研究，并介绍了一种超声波电机的测试系统。

3、根据超声波电机的控制原理，分别介绍了三种控制策略：P调节速度与定位控制、PID调节速度与定位控制、模糊自适应PID调节速度与定位控制。利用三种控制策略分别对超声波电机进行控制，针对三种策略下超声波电机的特性分别作了测试，并对测试结果作了详细分析，提出了针对不同的控制要求、不同的控制对象所适用的控制方法。关键词：超声波电机，测控系统，DSP，P调节，PID调节，模糊自适应PID调节Abstractultrasonicmotor(abbr．USM)isarelativelynewtypeofdirect-drivemotor,Itsopera

4、tingprincirIleisquitedifferentfromthetraditionalelectromagneticmotors．USMutilizesthemechanicalvibrationin廿1eultrasonicfrequencyscalethatwasgeneratedbytheconversepiezoelectriceffectofpiezoelectricceramics．Ithasthestatorindirectcontactwiththerotordrivenbyafrictioncontact．US

5、MhasmanyexcellentperformancesandfeaturessuchashightorqueataIowspeed，compactnessinsize，hir曲holdingtorquewhenpowerisoff,insensitivetomagneticfields，fastresponse，andnonoiseandsoon．Ithasmoreexcellentperformancethantheelectromagneticmotorinthefieldneedingcompact．e茄cient．interm

6、ittentmotionandfinecontrols．USMhasseencommercialapplic撕onandtheattractiveprospectsinareassuchasautomobile，officeautomation，robots，precisepositioningdevice，miniaturizedmachines。etc．Inrecentyears，USMhasattractedconsiderableattentionasanewtypeofactuatorinserve．systemandmuchm

7、oreresearcheswerecardedout．ThethesisoNectismainlyconcentratedontheRing-typeUltrasonicMotors(abbr．RTWUM)anditscontrolprinciple，aDSP—basedcontrol—testsystemforUSMandaspeedandpositioncontrolsystemofUSMarealsoresearched．Thecontentsaresummarizedasfc)llows：Firstchaptersumlnariz

8、est11eactualityanddeveIopmentofultrasonicmotor,t11echaracteristicsanddevelopmentofthedriveandcon