维持超声电机工作状态恒定的驱动控制器的研究

论文摘要

超声电机独特的优点,使其在多个领域得到了一定程度的应用。然而,随着外界因素的变化,电机的工作状态也随之改变,这就对电机的推广应用带来一定限制。驱动控制是超声电机性能提高和工程应用的关键技术之一。纵观国内现有超声电机的闭环驱动控制器,虽然尝试应用多种不同的反馈信号对电机进行控制,其跟踪控制的指标却也仅限于电机的速度,而不是其工作状态。根据日本专利和国外大量实验证明,电机存在某些相位差,即使电机的驱动条件改变,只要保持该相位差不变,就可以达到维持电机某一工作状态的目的,比如使电机一直保持在效率较高状态运行。实验研究表明,有多种相位差可反映电机的工作状态,但驱动电压与孤极反馈电压的相位差在电机工作频带内变化范围大且易于检测。本文利用稳定该相位差的方法来达到稳定电机工作状态的目的。本文的主要内容概括如下:1.从硬件方面详细介绍整个驱动控制系统的组成和工作原理,给出系统结构设计框图、设计方案,并详细介绍了系统各硬件组成功能模块的工作原理和电路实现,并辅以实验验证。2.鉴于此课题为初步探索性研究,软件控制采用实现简单、易于操作的经典PID控制算法。简单介绍了PID控制算法的分类及本文所采用的增量式PID控制策略的原理,给出控制流程图。针对本控制系统的实际控制要求,结合前述硬件设计部分,对软件进行相应设计予以配合。3.通过实验的方法对自行研制的可维持超声电机工作状态恒定的驱动控制器进行实验研究,通过在线调试实验,发现问题、解决问题,力求进一步提高完善系统性能,最后给出驱动控制实验结果,验证了该新型超声电机驱动控制器的实用性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.1.1 研究基础
• 1.1.2 超声电机在国内外的发展
• 1.1.3 超声电机的分类
• 1.1.4 超声电机控制技术的发展
• 1.2 相关参考文献综述
• 1.2.1 超声电机的速度控制
• 1.2.2 超声电机的闭环控制总结
• 1.2.3 超声电机闭环控制系统常用的反馈信号
• 1.2.4 本文课题研究背景
• 1.3 恒定工作状态原理
• 1.4 本论文的研究内容安排
• 第二章 系统硬件电路设计
• 2.1 系统工作原理及结构组成
• 2.2 系统功能模块介绍
• 2.2.1 基本驱动电路
• 2.2.2 反馈电路设计
• 2.2.2.1 控制器的选择
• 2.2.2.2 D/A 芯片的选择
• 2.2.2.3 整形滤波电路设计
• 2.2.2.4 过零比较电路设计
• 2.2.2.5 鉴相滤波电路设计
• 2.2.2.6 滤波器设计
• 2.2.2.7 V/F 转换电路设计
• 2.3 本章 小结
• 第三章 系统软件设计
• 3.1 超声电机控制技术简介
• 3.1.1 超声电机本体控制
• 3.1.2 超声电机伺服控制
• 3.2 PID 控制方法简述
• 3.2.1 PID 控制器的基本结构
• 3.2.2 PID 控制器的离散化设计
• 3.3 系统软件设计
• 3.3.1 控制器资源分配
• 3.3.2 控制器89S52 初始化部分设计
• 3.3.3 按键中断部分设计
• 3.3.4 定时/计数器中断
• 3.4 本章 小结
• 第四章 驱动控制器的实验研究
• 4.1 驱动控制器硬件电路调试
• 4.1.1 VCO 基准方波信号频率范围的界定
• 4.1.2 数模转换模块的选择
• 4.1.3 分压电路变比确定
• 4.1.4 V/F 转换电路性能测试实验
• 4.2 驱动控制器软件程序调试
• 4.2.1 PID 参数整定方案
• 4.2.2 PID 参数在线整定实验
• 4.3 本章 小结
• 第五章 全文总结
• 5.1 本文主要贡献
• 5.2 进一步研究方向
• 参考文献
• 致谢
• 在学期间的研究成果及发表的学术论文