本文關(guān)鍵詞：基于低頻PWM和單神經(jīng)元自適應(yīng)的超聲波電機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：超聲波電機(jī)作為一種基于壓電陶瓷材料的逆壓電效應(yīng)而進(jìn)行工作的電機(jī),具有運(yùn)行噪聲低、無電磁干擾、慣性小、響應(yīng)快、斷電自鎖等諸多優(yōu)點(diǎn),因而,其在精密運(yùn)動控制領(lǐng)域內(nèi)得到了廣泛應(yīng)用。然而,由于壓電能量轉(zhuǎn)換、摩擦能量傳遞等始終貫穿于超聲波電機(jī)運(yùn)行期間,電機(jī)內(nèi)部的非線性以及多個(gè)變量間的耦合效應(yīng)均為明顯。因此,需迫切提出有效的控制策略,并設(shè)計(jì)相應(yīng)的驅(qū)動控制系統(tǒng)。本課題主要研究內(nèi)容如下：1.引入了超聲波電機(jī)的低頻PWM控制思想。主要對通斷PWM控制策略、正反轉(zhuǎn)PWM控制策略以及正反轉(zhuǎn)停PWM控制策略的原理進(jìn)行了闡述；并從定子行波振動狀況、開環(huán)轉(zhuǎn)速特性以及輸入功率等方面對三種低頻PWM控制方法進(jìn)行了比較,總結(jié)出了它們的適用場合。2.提出了基于低頻PWM和單神經(jīng)元自適應(yīng)的控制方法。采用單神經(jīng)元自適應(yīng)策略產(chǎn)生一路低頻PWM信號,將該低頻PWM信號同采用DDS技術(shù)產(chǎn)生的四路對稱高頻PWM信號進(jìn)行邏輯“與”運(yùn)算,從而構(gòu)成了通斷PWM控制,以應(yīng)對超聲波電機(jī)的非線性和時(shí)變性給控制系統(tǒng)帶來的挑戰(zhàn)。重點(diǎn)對PID控制器參數(shù)的求解以及加權(quán)系數(shù)的調(diào)整過程,進(jìn)行了深入的分析。3.對基于低頻PWM和單神經(jīng)元自適應(yīng)超聲波電機(jī)控制系統(tǒng)的架構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)。包括：基于DDS的四路對稱PWM信號發(fā)生單元設(shè)計(jì)、雙推挽逆變功放單元的設(shè)計(jì)、定子表面孤極電壓反饋單元的設(shè)計(jì)、信號調(diào)理單元的設(shè)計(jì)、光耦隔離單元的設(shè)計(jì)、繼電器保護(hù)單元的設(shè)計(jì)、電源模塊的設(shè)計(jì),以及基于Visual Basic的上位機(jī)界面設(shè)計(jì)。4.以兩相行波超聲波電機(jī)為實(shí)驗(yàn)電機(jī),在基于DSP與CPLD相結(jié)合的驅(qū)動控制系統(tǒng)以及超聲電機(jī)仿真軟件的配合下進(jìn)行了系統(tǒng)性能仿真測試,并著重對超聲波電機(jī)的轉(zhuǎn)速和位置特性曲線進(jìn)行了分析。仿真結(jié)果表明,基于低頻PWM和單神經(jīng)元自適應(yīng)的超聲波電機(jī)控制系統(tǒng),與固定PID參數(shù)控制系統(tǒng)相比較而言,具有較高的自適應(yīng)性。
【關(guān)鍵詞】：超聲波電機(jī) 逆壓電效應(yīng) 低頻PWM 單神經(jīng)元自適應(yīng)策略
【學(xué)位授予單位】：安徽理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TM359.9
【目錄】：

• 摘要5-6
• Abstract6-16
• 1 緒論16-22
• 1.1 引言16-18
• 1.2 超聲波電機(jī)的國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀18
• 1.3 超聲波電機(jī)控制系統(tǒng)中存在的難題18-19
• 1.4 課題研究的意義19
• 1.5 課題研究的主要內(nèi)容19-22
• 2 超聲波電機(jī)的低頻PWM控制策略22-30
• 2.1 超聲波電機(jī)的控制方式22-24
• 2.1.1 調(diào)壓控制22-23
• 2.1.2 調(diào)頻控制23-24
• 2.1.3 調(diào)相控制24
• 2.2 低頻PWM控制策略的思想24-25
• 2.3 低頻PWM控制策略的實(shí)現(xiàn)25-27
• 2.3.1 通斷PWM控制策略的實(shí)現(xiàn)25-26
• 2.3.2 正反轉(zhuǎn)PWM控制策略的實(shí)現(xiàn)26
• 2.3.3 正反轉(zhuǎn)停PWM控制策略的實(shí)現(xiàn)26-27
• 2.4 低頻PWM控制策略的對比27-29
• 2.4.1 定子行波振動狀況分析27
• 2.4.2 轉(zhuǎn)速控制特性分析27-28
• 2.4.3 功率有效性分析28-29
• 2.5 本章小結(jié)29-30
• 3 超聲波電機(jī)的單神經(jīng)元自適應(yīng)PID控制30-38
• 3.1 超聲波電機(jī)的頻率自動跟蹤30-33
• 3.1.1 驅(qū)動電壓跟蹤法30-31
• 3.1.2 驅(qū)動電流跟蹤法31
• 3.1.3 孤極電壓跟蹤法31-32
• 3.1.4 驅(qū)動電壓和電流相位差跟蹤法32
• 3.1.5 驅(qū)動電壓和孤極電壓相位差跟蹤法32-33
• 3.2 超聲波電機(jī)的單神經(jīng)元自適應(yīng)PID控制33-36
• 3.2.1 單神經(jīng)元自適應(yīng)PID控制的基本思想33-34
• 3.2.2 單神經(jīng)元自適應(yīng)PID控制的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)34
• 3.2.3 PID控制器參數(shù)Kp、Ki、Kd的求解34-35
• 3.2.4 加權(quán)系數(shù)的調(diào)整35-36
• 3.3 本章小結(jié)36-38
• 4 超聲波電機(jī)控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)38-52
• 4.1 超聲波電機(jī)控制系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)38-39
• 4.2 基于DDS的四路對稱PWM信號發(fā)生單元設(shè)計(jì)39-41
• 4.2.1 DDS技術(shù)的工作原理39-40
• 4.2.2 基于DDS的四路對稱PWM信號發(fā)生器40-41
• 4.3 四路PWM信號的隔離放大電路設(shè)計(jì)41
• 4.4 雙推挽逆變功放電路的設(shè)計(jì)41-42
• 4.5 信號調(diào)理電路的設(shè)計(jì)42-47
• 4.5.1 孤極反饋電壓調(diào)理電路設(shè)計(jì)43
• 4.5.2 光電編碼器信號調(diào)理電路設(shè)計(jì)43-45
• 4.5.3 溫度傳感器信號調(diào)理電路設(shè)計(jì)45-47
• 4.6 光耦隔離電路的設(shè)計(jì)47
• 4.7 繼電器保護(hù)電路的設(shè)計(jì)47-48
• 4.8 電源模塊的設(shè)計(jì)48-51
• 4.8.1 直流12V穩(wěn)壓電源的設(shè)計(jì)48-50
• 4.8.2 直流5V穩(wěn)壓電源的設(shè)計(jì)50
• 4.8.3 直流3.3V穩(wěn)壓電源的設(shè)計(jì)50-51
• 4.9 本章小結(jié)51-52
• 5 超聲波電機(jī)控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)52-66
• 5.1 系統(tǒng)工作流程52-53
• 5.2 低頻PWM信號的產(chǎn)生53
• 5.3 基于DDS的四路對稱PWM信號的產(chǎn)生53-56
• 5.3.1 DSP與DDS間的通信機(jī)理53-54
• 5.3.2 基于DDS的兩路正弦信號產(chǎn)生54
• 5.3.3 DDS中ROM分時(shí)復(fù)用單元的原理54-55
• 5.3.4 DDS中ROM分時(shí)復(fù)用單元的設(shè)計(jì)55-56
• 5.3.5 基于DDS的四路對稱PWM信號產(chǎn)生56
• 5.4 單神經(jīng)元自適應(yīng)PID控制程序的流程圖56-57
• 5.5 四倍頻法脈沖信號的解碼57-59
• 5.5.1 超聲波電機(jī)轉(zhuǎn)速的測定58-59
• 5.5.2 超聲波電機(jī)位置的測定59
• 5.6 上位機(jī)界面的設(shè)計(jì)59-65
• 5.6.1 上位機(jī)界面功能的組成59-61
• 5.6.2 上位機(jī)界面的工作流程61
• 5.6.3 上位機(jī)界面主要控件的設(shè)計(jì)61-65
• 5.7 本章小結(jié)65-66
• 6 系統(tǒng)性能仿真測試66-74
• 6.1 單神經(jīng)元自適應(yīng)PID控制系統(tǒng)下幾種信號波形的檢測66-68
• 6.1.1 對稱PWM信號波形的檢測66-67
• 6.1.2 通斷PWM信號波形的檢測67-68
• 6.1.3 雙推挽逆變電路輸出波形的檢測68
• 6.2 單神經(jīng)元自適應(yīng)PID控制系統(tǒng)下超聲波電機(jī)轉(zhuǎn)速特性分析68-72
• 6.2.1 啟動階段轉(zhuǎn)速特性分析68-69
• 6.2.2 穩(wěn)定狀態(tài)下轉(zhuǎn)速特性分析69-72
• 6.3 單神經(jīng)元自適應(yīng)PID控制系統(tǒng)下超聲波電機(jī)位置的測定72-73
• 6.4 本章小結(jié)73-74
• 7 總結(jié)與展望74-76
• 7.1 總結(jié)74
• 7.2 展望下一步研究工作74-76
• 參考文獻(xiàn)76-80
• 致謝80-82
• 作者簡介及讀研期間主要科研成果82

【參考文獻(xiàn)】

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  本文關(guān)鍵詞：基于低頻PWM和單神經(jīng)元自適應(yīng)的超聲波電機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

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本文編號：331355