超声电机微步控制及其应用

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1、中图分类号：TM39论文编号：102870112－S234学科分类号：080401硕士学位论文超声电机微步控制及其应用研究生姓名王景山学科、专业飞行器设计研究方向超声电机指导教师张建辉教授南京航空航天大学研究生院航空宇航学院二О一二年三月NanjingUniversityofAeronauticsandAstronauticsTheGraduateSchoolCollegeofAerospaceEngineeringUltrasonicmotorsMicro-stepControlandApplicationAThesisinFlightVehicleDesignbyWan

2、gJingshanAdvisedbyProf.ZhangJianhuiSubmittedinPartialFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofMasterofEngineeringMarch,2012承诺书本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师指导下，独立进行研究工作所取得的成果。尽我所知，除文中已经注明引用的内容外，本学位论文的研究成果不包含任何他人享有著作权的内容。对本论文所涉及的研究工作做出贡献的其他个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人授权南京航空航天大学可以有权保留送交论文的复印件，允许论文被查阅和借阅,可

3、以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。(保密的学位论文在解密后适用本承诺书)作者签名：日期：南京航空航天大学硕士学位论文摘要超声电机是20世纪80年代开始发展起来的一种微特电机。它利用压电材料的逆压电效应，使弹性体在超声频段内产生振动，通过定子、转子之间的摩擦获得运动和转矩，能够满足人们对微特电机提出的诸多新的要求，具有体积小、重量轻、结构紧凑、响应快、低噪声、无电磁干扰等优点，因而发展迅速应用日益广泛。近些年来，许多学者和研究机构都开始对超声电机进行理论和实验研究，并取得了丰硕的成果。本文搭建了超声电机微步进控制系统

4、并进行了基本的实验研究，并把控制系统应用于显微镜的步进驱动机构，取得了良好的步进效果。全文主要工作内容和研究成果如下：1.总结了超声电机的发展历史、发展特点，以及超声电机驱动控制系统的研究现状，讨论对比了超声电机控制算法和控制效果的特点。2.从理论上析了超声电机的运行机理和启动、关断特性，进而提出了三种超声电机的微步进运行策略并进行了对比，推导了超声电机微步距和控制时间的关系。3.设计了以PSoC3为控制核心的超声电机的微步进控制系统，开发了上位机软件，并分模块的对该控制系统进行一一说明，针对本控制系统设计了PID控制算法，并在大量试验结果基础上对其进行有效的改进，优化了控

5、制效果，增强了系统的鲁棒性。4.对本文设计的控制系统的分辨率、步距角的运行参数进了实验测定，并将其应用于显微镜驱动机构，满足实际工况需要。关键词：超声电机，微步进，控制系统，高精度，PID算法i超声电机微步进控制及其应用ABSTRACTUltrasonicmotors(USMs)havebeendevelopedasanewconceptofmotorssincethe1980’s.Itutilizesthevibrationoftheelasticbodyintheultrasonicfrequencybandandthereversepiezoelectriceffec

6、tofpiezoelectricmaterial.Themechanicalmovementandtorqueareobtainedbymeansofthefrictionalcontactforcebetweenthestatorandrotororslider.USMscanmeetmanynewrequirementsforsmallandspecialmotorsbecauseofadvantagessuchassmallsize,lightweight,compactstructure,fastresponse,lownoise,andnoelectromagne

7、ticinterference.Nowadays,thiskindofmotorsisbeingdevelopedveryquicklyandappliedtomoreandmorefields.Inrecentyears,manyscholarsandresearchinstitutionshavebeguntocarryouttheoreticalandexperimentalresearchofultrasonicmotor,andhaveachievedfruitfulresults.1.Amicro-st