本文關(guān)鍵詞：基于DDS技術(shù)的超聲波電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制研究

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【摘要】：超聲波電機(jī)是目前廣泛使用的一種新型直驅(qū)電機(jī),其超越了電磁電機(jī)的范疇,在壓電陶瓷的逆壓電作用下產(chǎn)生超聲振動(dòng),通過定轉(zhuǎn)子之間的摩擦力將微觀振動(dòng)轉(zhuǎn)換成轉(zhuǎn)子的宏觀轉(zhuǎn)動(dòng),在多個(gè)領(lǐng)域均有應(yīng)用,而電機(jī)的驅(qū)動(dòng)控制技術(shù)一直是研究中的熱點(diǎn)課題。本文首先介紹了超聲波電機(jī)的優(yōu)缺點(diǎn)、發(fā)展歷史及應(yīng)用領(lǐng)域,介紹了DDS技術(shù)的發(fā)展、特點(diǎn)、原理和其與超聲波電機(jī)的關(guān)系。對(duì)超聲波電機(jī)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和運(yùn)行原理進(jìn)行了深入的分析,在此基礎(chǔ)上得出了超聲波電機(jī)的驅(qū)動(dòng)方式和三種調(diào)速手段。深入研究了基于DDS技術(shù)的超聲波電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路,針對(duì)實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)有超聲波電機(jī)設(shè)計(jì)了一款具有良好通用性的超聲波電機(jī)驅(qū)動(dòng)器。主控芯片采用TMS320F28335,驅(qū)動(dòng)技術(shù)采用DDS技術(shù)和線性功率運(yùn)放的驅(qū)動(dòng)電路,著重介紹了該驅(qū)動(dòng)電路各個(gè)硬件模塊設(shè)計(jì),并進(jìn)行了性能測(cè)試,實(shí)驗(yàn)證明該驅(qū)動(dòng)電路輸出信號(hào)頻率、幅值和相位的精度較高。在驅(qū)動(dòng)性能上和傳統(tǒng)逆變式驅(qū)動(dòng)電路進(jìn)行了對(duì)比,突出了基于DDS技術(shù)的超聲波電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路的優(yōu)勢(shì)。通過辨識(shí)法建立了電機(jī)的二階模型,在控制平臺(tái)上對(duì)超聲波電機(jī)的運(yùn)動(dòng)控制性能進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)。將經(jīng)典PID控制理論應(yīng)用于超聲波電機(jī)的控制中,利用該控制系統(tǒng)跟蹤階躍信號(hào)、斜坡信號(hào)和加速度信號(hào),分析了PID控制算法的不足。有針對(duì)性的設(shè)計(jì)了II型控制系統(tǒng),并將其應(yīng)用于超聲波電機(jī),實(shí)驗(yàn)表明在跟蹤斜坡信號(hào)和加速度信號(hào)時(shí)表現(xiàn)出良好的性能。進(jìn)行了超聲波電機(jī)的位置伺服控制,設(shè)計(jì)了位置-速度串級(jí)控制系統(tǒng),采用雙環(huán)PID控制,并將設(shè)計(jì)系統(tǒng)應(yīng)用于超聲波電機(jī),以阿基米德螺旋曲線為位置設(shè)定值進(jìn)行了位置伺服實(shí)驗(yàn)。
【關(guān)鍵詞】：超聲波電機(jī) 直接數(shù)字頻率合成 伺服控制 Ⅱ型系統(tǒng) 串級(jí)系統(tǒng)
【學(xué)位授予單位】：東南大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TM359.9
【目錄】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-9
• 第一章 緒論9-17
• 1.1 超聲波電機(jī)概述9-13
• 1.1.1 超聲波電機(jī)的發(fā)展歷史9-10
• 1.1.2 超聲波電機(jī)的特點(diǎn)10-11
• 1.1.3 超聲波電機(jī)的應(yīng)用現(xiàn)狀11-12
• 1.1.4 超聲波電機(jī)的驅(qū)動(dòng)控制要求12
• 1.1.5 超聲波電機(jī)的分類12-13
• 1.2 直接數(shù)字頻率合成(DDS)技術(shù)13-15
• 1.2.1 DDS技術(shù)概述13-14
• 1.2.2 DDS技術(shù)的特點(diǎn)14-15
• 1.2.3 DDS技術(shù)與超聲波電機(jī)15
• 1.3 本文的研究?jī)?nèi)容及研究意義15-17
• 1.3.1 主要研究?jī)?nèi)容15-16
• 1.3.2 研究的意義16-17
• 第二章 行波超聲波電機(jī)運(yùn)行理論及DDS技術(shù)原理17-29
• 2.1 行波超聲波電機(jī)結(jié)構(gòu)與運(yùn)行理論17-20
• 2.1.1 行波超聲波電機(jī)結(jié)構(gòu)17-18
• 2.1.2 行波超聲波電機(jī)運(yùn)行理論18-20
• 2.2 行波型超聲波電機(jī)速度控制特性和驅(qū)動(dòng)方式20-26
• 2.2.1 超聲波電機(jī)調(diào)速原理和方式20-23
• 2.2.2 超聲波電機(jī)的驅(qū)動(dòng)方式23-26
• 2.3 DDS技術(shù)原理和結(jié)構(gòu)26-28
• 2.4 本章小結(jié)28-29
• 第三章 基于DDS電路的超聲波電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路研究29-46
• 3.1 超聲波電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)29-30
• 3.2 TMS320F28335芯片介紹和SPI通信原理30-33
• 3.2.1 TMS320F28335芯片介紹30
• 3.2.2 SPI通信原理30-32
• 3.2.3 基于TMS320F28335的測(cè)速方法介紹32-33
• 3.3 驅(qū)動(dòng)電路的實(shí)現(xiàn)33-43
• 3.3.1 AD9959芯片介紹33-35
• 3.3.2 DDS外圍電路35-39
• 3.3.3 功率放大電路39-40
• 3.3.5 變壓器制作40-43
• 3.4 基于DDS技術(shù)的超聲波電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)43-45
• 3.4.1 硬件平臺(tái)搭建43-44
• 3.4.2 控制軟件設(shè)計(jì)44-45
• 3.5 本章小結(jié)45-46
• 第四章 基于DDS技術(shù)驅(qū)動(dòng)電路的性能及與傳統(tǒng)電路的對(duì)比46-56
• 4.1 逆變式超聲波電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路驅(qū)動(dòng)特性測(cè)試46-52
• 4.1.1 推挽式逆變驅(qū)動(dòng)電路46-49
• 4.1.2 全橋式逆變驅(qū)動(dòng)電路49-52
• 4.2 基于DDS技術(shù)的超聲波電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路的驅(qū)動(dòng)特性測(cè)試52-54
• 4.3 三種超聲波電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路的分析與比較54-55
• 4.4 本章小結(jié)55-56
• 第五章 超聲波電機(jī)運(yùn)動(dòng)控制性能實(shí)驗(yàn)56-72
• 5.1 辨識(shí)法建立TUSM60速度控制模型56-60
• 5.1.1 階躍響應(yīng)下電機(jī)特征參數(shù)提取56-59
• 5.1.2 超聲波電機(jī)調(diào)頻控制穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速模型59-60
• 5.2 超聲波電機(jī)的速度伺服控制系統(tǒng)60-64
• 5.2.1 PID控制原理60
• 5.2.2 超聲波電機(jī)速度伺服實(shí)驗(yàn)60-63
• 5.2.3 PID控制存在的問題及分析63-64
• 5.3 設(shè)計(jì)Ⅱ型系統(tǒng)針對(duì)典型輸入信號(hào)64-69
• 5.3.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及參數(shù)分析64-66
• 5.3.2 Ⅱ型系統(tǒng)動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性仿真66-67
• 5.3.3 Ⅱ型系統(tǒng)應(yīng)用在超聲波電機(jī)上的響應(yīng)特性實(shí)驗(yàn)67-69
• 5.4 超聲波電機(jī)位置伺服控制69-71
• 5.5 小結(jié)71-72
• 第六章 總結(jié)與展望72-74
• 6.1 主要的貢獻(xiàn)72
• 6.2 本文的不足和研究工作展望72-74
• 致謝74-75
• 參考文獻(xiàn)75-77

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