行波型超声波电机通断PWM控制策略研究

论文摘要

超声波电机具有低噪声、无电磁干扰、惯性小、响应快等诸多优点,在一些应用领域将替代传统电磁电机。超声波电机应用的广泛开展有赖于电机本体及其驱动/控制系统整体性能的改善以及合适的控制策略研究。然而超声波电机的可控变量较多,且变量间存在耦合,对超声波电机的在线控制变得复杂。本文研究超声波电机的低频PWM控制策略,分析了通断、正反转以及正反转停三种低频PWM控制策略的原理,在DSP与CPLD相结合的两相行波超声波电机驱动控制实验平台上,研究了这三种低频PWM控制策略的实现方法;从定子行波振动状况、开环转速特性以及输入功率等多方面比较、分析了三种低频PWM控制策略的异同及控制效果。采用性能较好的低频通断PWM作为底层控制方法,设计并实现了以低频PWM占空比为控制对象的超声波电机转速闭环控制,研究其控制特性;在此基础上,研究了超声波电机系统效率优化的基本思路与方法,对系统效率优化进行了初步探索。实验表明,采用低频PWM控制方法能够实现对超声波电机转速的有效控制,并且能够将超声波电机驱动电压幅值、频率、相位差等控制变量分离出来,有利于简化效率优化这类多目标闭环控制的实现,成为实现超声波电机高性能运动控制的有效方法。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 超声波电机及其驱动控制技术研究的现状和发展趋势
• 1.2.1 超声波电机国内外研究的现状
• 1.2.2 超声波电机的发展趋势和应用前景
• 1.3 超声波电机驱动控制技术研究的现状
• 1.3.1 超声波电机的几种速度控制方法及其特点
• 1.3.2 超声波电机驱动控制技术国内外研究的现状和发展前景
• 1.4 本文的主要工作
• 1.5 本文的结构
• 第2章 行波超声波电机三种低频 PWM 控制策略的实现方法
• 2.1 引言
• 2.2 实验硬件装置介绍
• 2.3 低频PWM 控制策略的实现
• 2.3.1 三种低频PWM 控制策略
• 2.3.2 高低频PWM 信号的产生
• 2.3.3 实验分析
• 2.4 小结
• 第3章 三种低频 PWM 控制策略比较研究
• 3.1 引言
• 3.2 三种低频PWM 控制策略比较
• 3.2.1 电机定子行波振动状况对比
• 3.2.2 电机开环转速特性对比
• 3.2.3 电机输入功率特性对比
• 3.3 实验分析与讨论
• 3.4 小结
• 第4章 超声波电机转速闭环控制与效率优化控制
• 4.1 引言
• 4.2 基于通断PWM 的超声波电机转速闭环控制
• 4.2.1 转速的通断PWM 占空比控制
• 4.2.2 实验结果分析
• 4.3 超声波电机效率优化控制初探
• 4.3.1 优化的思想
• 4.3.2 效率优化的依据
• 4.3.3 效率优化软件设计
• 4.3.4 实验结果分析
• 4.4 小结
• 第5章 结论
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间的研究成果