毕业设计（论文）-基于msp430的超声波电机转速测量系统设计

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1、中北大学2012届毕业设计说明书目录1绪论11.1研究背景及意义11.2国内外研究现状22系统的工作原理及组成42.1超声波电机的工作原理及特点42.1.1工作原理42.1.2工作特点及应用42.2系统原理及组成42.2.1方案的提出42.2.2系统原理及组成52.2.3系统方案设计53转速测量的方法及传感器选型63.1转速测量的方法63.2转速测量的原理63.3传感器选型73.3.1霍尔传感器73.3.2光电传感器74硬件电路设计94.1MSP430的基本结构94.2电源部分设计124.3传感器部分134.4复位电路154.5晶

2、振电路164.6显示部分设计175超声波电机转速测量系统的软件设计205.1定时计数流程图205.2转换程序21第Ⅱ页共Ⅱ页中北大学2012届毕业设计说明书5.3显示程序226结论27附录28参考文献29致谢31第Ⅱ页共Ⅱ页中北大学2012届毕业设计说明书1绪论1.1研究背景及意义为适应灵活性、快速性、简便性控制的要求，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，将材料的微观变形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

3、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。超声波电机是一种直接驱动的新型微电机，它同传统电磁式电机不同，超声波电机不依靠电磁相互作用，而是利用压电材料的逆压电特性，激发电机定子的机械振动，通过定转子之间的摩擦力，将电能转换为机械能输出，驱动转子的定向运动[1]。与传统电机相比，超声波电机具有低速大转矩，体积小、重量轻，反应速度快、控制性能好，无电磁干扰，停止时具有保持力矩，形式灵活、设计自由度大等优点，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[2]。因此在工业控制系统、汽车专用电器、精密仪器仪表、办

4、公自动化设备、智能机器人等领域有广阔的应用前景[3,4]，它不仅在思想上突破了传统的电磁感应原理，而且又以其优异的性能特点弥补了传统电机的不足，引起了人们强烈的兴趣和厚望。成为近年来国内外在微型电机方面的研究热点。目前国外对超声波电机的研究已经达到了很高的水平，并实现了产业化[5]。在工程实践中，经常会遇到各种需要测量转速的场合，例如在发动机、电动机、卷扬机、机床主轴等旋转设备的试验、运转和控制中，常需要分时或连续测量和显示其转速及瞬时转速。要测速，首先要解决是采样问题。在使用模技术制作测速表时，常用测速发电机的方法，即将测速发电

5、机的转轴与待测轴相连，测速发电机的电压高低反映了转速的高低。为了能精确地测量转速外，还要保证测量的实时性，要求能测得瞬时转速方法。因此转速的测试具有重要的意义。在对转速波动较快系统或要求动态特性好而精度高的转速测控系统中，调节周期一般很短，相应的采样周期需取得很小，使得脉冲当量增高，从而导致整个系统测量精度降低，难以满足测控要求。提高采样速率通常就要减小采样时间T，而T的减小会使采到的脉冲数值N下降，导致脉冲当量(每个脉冲所代表的转速)增高，从而使得测量精度变得粗糙。通过增加测速码盘的齿数可以提高精度，但是码盘第31页共31页中北

6、大学2012届毕业设计说明书齿数的增加会受到加工工艺的限制，同时会使转速测量脉冲的频率增高，频率的提升又会受到传感器中光电器或磁敏器或磁电器件最高工作频率的限制。凡此种种因素限制了常规智能转速测量方法的使用范围。而采用本文所提出的定时分时双频率采样法，可在保证采样精度的同时，提高采样速率，充分发挥微机智能测速方法的优越性及灵活性。这次设计内容包含知识全面，对传感器测量发电机转速的不同的方法及原理设计有较多介绍，在测量系统中能学到关于测量转速的传感器采样问题，单片机部分的内容，显示部分等各个模块的通信和联调。全面了解单片机和信号放大

7、的具体内容。进一步锻炼我们在信号采集，处理，显示发面的实际工作能力。1.2国内外研究现状超声波电机驱动当前常采用恒压源方式且工作在定子共振频率附近[6]。由于超声波电机的时变、非线性及控制变量之间的强耦合等原因，其运动控制性能不易提高。作为一类智能控制策略，适当设计的模糊控制器具有较强的鲁棒性，能够减弱对象变化对控制效果的影响，适用于超声波电机这种非线性、时变对象。但模糊控制的设计中也存在鲁棒性与控制精度等参数之间的折衷，难以单独应朋于精度要求较高的伺服控制场合，因而常将模糊与传统控制方法相结合。国内外已有将模糊控制应用于超声波电

8、机的尝试[7]。文献[8—9]分别将模糊控制与神经网络、滑模控制相结合，并用于超声波电机控制。文献[10]设计了基于模糊逻辑的超声波电机转速控制器，并在误差较小时转换为PI控制以改善模糊控制稳态性能差的问题。文献[11]针对超声波电机控制死区问题，