基于TMS320F2812直线超声电机驱动控制平台的研究

论文摘要

直线超声电机利用压电陶瓷材料的逆压电效应，将压电材料的微观形变转化为弹性体的微幅超声振动，再通过定子和动子之间的摩擦作用，转换成动子的宏观直线运动，从而直接推动负载。具有不需要转换机构就能产生直线运动、结构简单、响应快、断电自锁和分辨率高的优点，更适用于现代化的高新技术产业。为了充分发挥超声电机优良的性能，研究和发展新型的驱动控制器具有十分重要的意义。本文主要内容概括如下：本文以双变幅杆V形直线超声电机为驱动部件，设计了基于TMS320F2812的直线驱动控制平台。该系统采用数字电路搭建，可以产生多种不同波形的驱动信号，提供了调压、调频、调相控制超声电机速度的研究平台，实现了纳米定位以及采集数据从而完善超声电机数学模型的功能。驱动控制平台使用TI公司的TMS320F2812浮点DSP为核心芯片，运用FPGA等外围器件产生信号，采用多个反馈模块，对驱动平台的速度、温度、压力以及电压电流的信息进行反馈和采集，并将信息上传到PC机，形成一个完整的闭环控制模块。在实现驱动控制平台软硬件的基础上，开展对驱动控制平台的研究。测试了驱动控制平台产生多种信号驱动电机行走的速度，并针对幅值、相位、频率分别改动的情况做了大量实验。驱动平台可以在微动步进下较稳定地到达目标位置，定位精度可达到100nm以内。本课题在2009年国家自然科学基广东联合基金重点项目“精密电子制造装备关键理论与技术研究”（基金号：U0934004）的资助下，研究了基于TMS320F2812直线超声电机驱动控制平台，为超声电机的精密定位搭建了完善的硬件平台，为超声电机的研究创造了良好的实验环境，为超声电机投入商业化使用奠定了基础。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 超声电机概述
• 1.2 直线超声电机驱动电路研究现状及控制策略
• 1.2.1 直线超声电机驱动器的研究现状
• 1.2.2 超声电机常用控制策略
• 1.3 课题意义及研究内容
• 第二章 直线型超声电机驱动控制概述
• 2.1 超声电机驱动控制平台设计要求和控制方法
• 2.1.1 超声电机驱动控制平台设计要求
• 2.1.2 直线型超声电机控制方法
• 2.2 现有超声电机驱动器分析
• 2.3 本文驱动器系统设计方案
• 2.3.1 本论文的直线超声电机驱动平台设计
• 2.3.2 直线超声电机驱动控制平台的参数指标
• 2.4 本章小结
• 第三章 直线超声电机驱动器电路硬件设计
• 3.1 系统硬件设计总体方案
• 3.2 信号发生模块
• 3.2.1 TLC7528
• 3.2.2 EP2C35
• 3.2.3 OPA548
• 3.3 数据反馈电路模块
• 3.3.1 压力传感器 LC1015
• 3.3.2 电压电流反馈模块
• 3.3.3 光栅尺速度反馈模块
• 3.3.4 温度传感反馈模块
• 3.4 数据处理模块
• 3.4.1 电源模块设计
• 3.4.2 复位电路设计
• 3.4.3 时钟电路设计
• 3.4.4 JTAG 接口电路
• 3.4.5 TMS320F2812
• 3.5 数据传输模块
• 3.6 PCB 抗干扰设计
• 3.7 本章小结
• 第四章 直线超声电机驱动电路软件设计
• 4.1 软件总体架构
• 4.2 DSP 软件开发环境和设计流程
• 4.2.1 CCS 软件环境
• 4.2.2 软件开发流程
• 4.3 驱动各模块软件
• 4.3.1 信号发生模块
• 4.3.2 数据反馈模块
• 4.3.3 数据传输模块
• 4.4 FLASH 烧写
• 4.5 上位机界面
• 4.6 本章小结
• 第五章 直线超声电机驱动平台实验分析
• 5.1 实验测试环境
• 5.2 不同信号驱动超声电机实验
• 5.3 改变控制变量驱动超声电机实验
• 5.4 微动步进精确度实验
• 5.5 本章小结
• 第六章 总结与展望
• 6.1 全文总结
• 6.2 后续工作展望
• 参考文献
• 致谢
• 在学期间的研究成果及发表的学术论文