基于dsp的超声波电机控制系统

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1、万方数据2004年8月第19卷第8期电工技术学报TRANSACTl0NSOFCHINAELECTROTECHNICALSOCIETYV01．19No．8Aug．2004基于DSP的超声波电机控制系统金龙褚国伟王心坚翟晓军顾菊萍胡敏强(东南大学电气工程系南京210096)摘要超声波电机是一种新型的电机，其控制和驱动方法有别于传统的电磁电机。本文主要介绍了课题组所研制的一种基于DSP的超声波电机的控制系统，对系统的硬件及软件的实现技术做了分析。测试结果表明控制系统的性能稳定，控制方法可行。关键词：超声

2、波电机DSPCPLD振荡器中图分类号：TM35ADSP．basedControlSystemForUltrasonicMotorsJinLongChuGuoweiWangXinjianZhaiXiaoj比，lGuJupingHuMinqiang(SoutheastUniversityNanjing210096China)AbstractAnultrasonicmotor(USM)isanewtypeofmotor，andthemethodofdrivingandcontrolofUSMisdiff

3、erentfromtraditionalelectromagneticmotors．ADSP—basedControlSystemForUltrasonicMotorsismainlyconcentratedonInthispaper．Thiscontrolsystemcanoperatethreecontrolmethodsatthesametime，whicharevoltagecontrol，frequencycontrolandphase—differencecontr01．Thetech

4、niquesofthehardwareandsoftwareofthissystemarerespectivelyintroduced．Finally，thestabilityofthiscontrolsystemisdemonstratedbyexperiments．Keywords：U『ltrasonicmotors，DSP，CPLD，oscillator1引言超声波电机是国外20世纪80年代发展起来的一种直接驱动的新型微特电机。同传统电磁式电机不同，超声波电机不依靠电磁相互作用来传递能量，而

5、是利用压电陶瓷片的逆压电效应激发的微振动作为驱动力，靠振动部分和移动部分之间的静摩擦力耦合转换成移动体的旋转或者直线运动[1】。超声波电机具有低速大转矩、无电磁干扰、动作响应快、运行无噪声、无输入自锁等优点，在非连续运动领域、精密控制领域要比传统电磁电机性能优越。因此在工业控制系统、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晁的重视，为当前机电控制领域的一个研究热点。目前国外对超声波国家自然科学基金(50277006)和江苏省“青蓝”工程基

6、金(1999)资助项目，江苏省教育厅高新技术产业化基金(JH01．007)和教育部优秀青年教师基金(2002--40)资助计划项目。收稿日期2004一O卜30改稿日期2004—04—07电机的研究已经达到了很高的水平，并实现了产业化。超声波电机是由高频电压驱动的。根据其传动原理，一般采用如下四种控制方法[2】：①调压控制，调节PWM波的占空比来实现。②调频控制，通过调节驱动信号的频率来实现。③调相控制，通过调节两相驱动电压的相位来实现。④正反脉宽调幅控制，通过调节电机正反转脉宽比例实现速度控制。在

7、驱动控制方面国外已经成功地运用了模糊控制[3】、自适应控制‘41、滑模控制‘51和神经网络控制嘲等复杂的控制理论，但它们都是通过PC机直接控制驱动电路。本文的控制系统用DSP代替了PC机，通过DSP控制驱动电路的调频、调相和调压，使三种方式结合起来，实现对超声波电机的驱动控制。2控制系统的总体设计2．1设计要求(1)输出两相方波。在谐振频率附近，超声波电机可用一个容性的等效电路表示，在电机功率不大的情况下，电机的容性可将方波信号的高次谐万方数据94电工技术学报2004年8月波滤掉而只剩下基波，这正

8、是超声波电机驱动所需要的正弦交流电。(2)具有调频功能。驱动频率应在20k60kHz之间可调，超声波电机的工作频率应选在定子的谐振频率附近。(3)具有调相功能。从定子产生行波的需要出发，两相驱动信号的相位差一般固定在90。；但在特殊的应用场合，如柔顺控制系统，往往需要对相位差进行调节，因而系统应具有调相功能。利用相位差的正负变化调节电机的运动方向，从而实现蠖一<血集魁柏聪葵正反转调速。(4)具有调压功能。改变两相驱动激励幅值的大小，也可以改变超声波电机的速度。(5)可接光电编码器输