【摘要】：超聲波電機(jī)是近二十年來發(fā)展起來的一種微型電機(jī),其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)不同于傳統(tǒng)的電磁電機(jī),它是利用壓電陶瓷的逆壓電效應(yīng)來激發(fā)超聲振動(dòng),促使彈性體發(fā)生諧振,通過摩擦耦合作用使轉(zhuǎn)子產(chǎn)生直線運(yùn)動(dòng)或者旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。超聲波電機(jī)具有電磁兼容性強(qiáng)、結(jié)構(gòu)緊湊、設(shè)計(jì)靈活、轉(zhuǎn)矩密度大、響應(yīng)快和能夠斷電自鎖等優(yōu)點(diǎn),故在微型機(jī)械、微型機(jī)器人、光學(xué)儀器、精密儀器、武器裝備、汽車、航空航天等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用前景。隨著超聲波電機(jī)的應(yīng)用范圍越來越廣,其驅(qū)動(dòng)和控制技術(shù)的研究變的越發(fā)重要。本文為實(shí)現(xiàn)超聲波電機(jī)在航天用輻射器上的應(yīng)用,設(shè)計(jì)了一種新型的超聲波電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng),該系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)三臺(tái)超聲波電機(jī)的高精度速度和位置的閉環(huán)控制。本文開展的主要工作內(nèi)容和研究成果如下:1.介紹了該課題的研究意義以及課題的來源,總結(jié)了超聲波電機(jī)及其驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)的發(fā)展歷史及其發(fā)展現(xiàn)狀。分析了行波型旋轉(zhuǎn)超聲波電機(jī)運(yùn)行機(jī)理、驅(qū)動(dòng)方法和控制方法以及本系統(tǒng)中驅(qū)動(dòng)和控制方法的選擇。2.根據(jù)工程應(yīng)用實(shí)際需求,設(shè)計(jì)了一種以TMS320C6701型DSP為控制核心的超聲波電機(jī)的控制系統(tǒng),從系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)、硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)三個(gè)方面分別對(duì)該驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)和研究�？傮w設(shè)計(jì)部分包括系統(tǒng)的對(duì)外連接設(shè)計(jì)、工作模式設(shè)計(jì)以及功能設(shè)計(jì)等;硬件電路設(shè)計(jì)部分為系統(tǒng)各個(gè)模塊的具體電路設(shè)計(jì),包括系統(tǒng)的CPU控制核心模塊設(shè)計(jì)、基于推挽逆變器的驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)、基于AD574的模擬量采集模塊電路設(shè)計(jì)、旋轉(zhuǎn)變壓器解算電路設(shè)計(jì)以及422通信接口模塊電路設(shè)計(jì)等。軟件設(shè)計(jì)部分,包括DSP軟件和FPGA軟件設(shè)計(jì),以及為解決電機(jī)啟動(dòng)可靠性問題的掃頻啟動(dòng)方法設(shè)計(jì)和為解決電機(jī)速度穩(wěn)定性問題的PID控制算法設(shè)計(jì),優(yōu)化了控制效果,增強(qiáng)了控制的精確性。3.最后,對(duì)本文中設(shè)計(jì)的驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)試結(jié)果的分析,并對(duì)本設(shè)計(jì)進(jìn)行了總結(jié),對(duì)下一步進(jìn)行了展望。
[Abstract]:Ultrasonic motor is a kind of micro motor developed in recent 20 years. Its structure is different from the traditional electromagnetic motor. It uses the inverse piezoelectric effect of piezoelectric ceramics to excite the ultrasonic vibration and promote the resonance of the elastic body. The rotor is subjected to linear or rotational motion by friction coupling. Ultrasonic motor has many advantages, such as strong electromagnetic compatibility, compact structure, flexible design, high torque density, fast response and the ability of self-locking. Therefore, in micro machinery, micro robot, optical instrument, precision instrument, weapon equipment, automobile, etc. Aerospace and other fields have a wide range of applications. With the wide application of ultrasonic motor, the research of its driving and control technology becomes more and more important. In order to realize the application of ultrasonic motor in space radiator, a new type of ultrasonic motor driving control system is designed in this paper. The system can realize the closed loop control of the high precision speed and position of three ultrasonic motors. The main contents and research results of this paper are as follows: 1. This paper introduces the research significance and source of this subject, and summarizes the development history and present situation of ultrasonic motor and its drive control system. The operating mechanism, driving method and control method of traveling wave type rotary ultrasonic motor and the selection of drive and control method in this system are analyzed. 2. According to the practical requirements of engineering application, a control system of ultrasonic motor based on TMS320C6701 type DSP is designed. The drive control system is designed and studied from three aspects: the overall design of the system, the hardware design and the software design. The overall design includes external connection design, work mode design and function design. The hardware circuit design includes the design of the CPU control core module, the drive circuit based on push-pull inverter and the analog signal acquisition module based on AD574. Resolvent circuit design and 422 communication interface module circuit design. The software design includes DSP software and FPGA software design, as well as the design of sweep start method to solve the reliability problem of motor startup and the design of PID control algorithm to solve the speed stability problem of motor. The control effect is optimized. Improved control accuracy. 3. Finally, the debugging results of the drive control system designed in this paper are analyzed, and the design is summarized, and the next step is prospected.
【學(xué)位授予單位】：西安電子科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號(hào)】：TM38

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本文編號(hào)：2391363