宽带超声电机驱动电源研究

论文摘要

本课题来源于国家高技术发展研究项目“多频驱动多谐振超声电机”,设计、调试、制作一种超声电机宽带驱动电源。超声电机驱动电路是超声电机运行的关键部件,与电磁电机的驱动相比有很大的特殊性,要求驱动电源必须能提供两路具有一定相位差,同频、等幅的驱动电压,其电压在几十伏到几百伏之间,频率处于超声频段。由于现有超声电机的驱动电路通常含有大量谐波分量,容易激发出电机的非工作模态;同时具有通用性差、难以小型化、轻型化的缺点。因此,在分析常见超声电机驱动技术缺点的基础上,提出制作一种宽带的驱动电源,为超声电机多频驱动研究打下基础。以此为目的,本文进行了深入的研究,并取得了如下的阶段性成果:1、分析了常见超声电机驱动技术存在的问题,针对这些问题提出了使用正弦信号直接放大驱动超声电机的解决方案。2、设计并制作了一个高线性度的模拟光电隔离电路,实现了强弱电的电气隔离,保证了信号发生电路的安全。3、利用MP108高压运放,设计并制作了两路带宽300kHz,功率100w的线性功放。并在此功放上进行实验研究,证明了此方案的可行性。4、编写了基于ARM微控制器的测控软件,实现对正弦信号发生电路的控制。5、设计并调试了基于直接数字频率合成技术的正弦信号发生电路,对数字、模拟混合芯片的布线和高频高速信号的抗干扰性等方面进行了分析。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 超声电机概述
• 1.2.1 超声电机的发展
• 1.2.2 超声电机的特点
• 1.2.3 超声电机的应用
• 1.2.4 超声电机驱动的特点
• 1.2.5 超声电机驱动的研究现状
• 1.3 课题研究的目的和内容
• 1.3.1 超声电机驱动目前存在的问题
• 1.3.2 本课题的研究内容
• 第二章 超声电机的工作原理
• 2.1 压电效应
• 2.2 行波超声电机的结构
• 2.3 定子行波的产生
• 2.3.1 驻波的产生
• 2.3.2 行波的产生
• 2.3.3 驻波幅值和相位对行波的影响
• 2.4 定子表面质点的椭圆运动
• 2.5 超声电机电学模型
• 2.6 本章小结
• 第三章 正弦信号发生电路设计
• 3.1 前言
• 3.2 驱动电路总体设计
• 3.3 正弦信号发生电路的比较
• 3.3.1 正弦波振荡电路
• 3.3.2 滤波电路
• 3.3.3 锁相环技术
• 3.3.4 直接数字合成技术
• 3.4 直接数字频率合成技术（DDS）
• 3.4.1 DDS 技术原理
• 3.4.2 DDS 的信号质量分析
• 3.5 正弦信号发生电路原理
• 3.5.1 DDS 方案选择
• 3.5.2 AD9831 的结构和功能
• 3.5.3 单片AD9831 电路
• 3.5.4 时钟电路设计
• 3.5.5 芯片选择电路
• 3.6 印刷电路板设计
• 3.6.1 去耦电容配置
• 3.6.2 地线的布置
• 3.6.3 混合信号PCB 设计总结
• 3.7 本章小结
• 第四章 功率放大及光电隔离电路设计
• 4.1 前言
• 4.2 功放的选择
• 4.3 功放电路参数计算
• 4.3.1 输出电压
• 4.3.2 最大耗散功率计算
• 4.3.3 结温计算
• 4.4 线性光耦
• 4.4.1 光耦简介
• 4.4.2 线性光耦工作原理
• 4.5 光电隔离电路
• 4.6 本章小结
• 第五章 驱动系统软件设计
• 5.1 前言
• 5.2 ARM 微处理器简介
• 5.3 驱动系统软件流程图
• 5.4 本章小结
• 第六章 实验结果及讨论
• 6.1 前言
• 6.2 功放的测试
• 6.3 光电隔离电路的测试
• 6.4 正弦信号发生电路的调试
• 6.5 本章小结
• 第七章 总结与展望
• 参考文献
• 致谢
• 附录A 正弦信号发生电路原理图
• 附录B 正弦信号发生电路印刷电路板
• 附录C 功放电路原理图
• 附录D 光电隔离电路原理图
• 附录E 信号发生电路控制软件
• 攻读硕士学位期间参加过的科研项目发表的论文