基于DSP的壓電電機數(shù)字驅動電源研究.pdf

1、針對高端制造裝備對大行程、高精度直線運動機構的廣泛需求，研究集宏微運動于一體的新型直線壓電電機，提出交流宏驅動和直流微驅動兩種工作模式，即利用納/微米級的微運動補償宏運動由于精度不足造成的誤差，實現(xiàn)高精度、大行程、高頻響的精確定位控制。由于驅動控制系統(tǒng)性能好壞直接影響著壓電電機的性能，為此，本文針對集宏微一體的直線壓電電機，建立相適應的電源驅動系統(tǒng)。
　　文章介紹了壓電直線電機的運行機理，及現(xiàn)有的驅動方案，并根據(jù)壓電直線電機對驅動

2、電源性能的要求，提出可控硅整流+ DC-DC半橋變換器兩級級聯(lián)的電壓控制，以獲得分辨率高，頻帶寬的可調電壓，并根據(jù)多級調節(jié)的電路特點提出兩種控制器相融合的控制策略，提高系統(tǒng)的運行效率。系統(tǒng)采用DSP28335為核心控制器，實現(xiàn)壓電電機的信號發(fā)生器、系統(tǒng)監(jiān)測、控制算法等功能，實現(xiàn)對系統(tǒng)的精密控制。
　　電源驅動系統(tǒng)主要分為兩部分：硬件電路與軟件程序編程。硬件電路包括：可控硅整流調壓及過零點信號檢測電路，實現(xiàn)電網(wǎng)過零信號的檢測以及整流

3、調壓；高頻半橋變換電路，實現(xiàn)電壓提升以及原副邊隔離，并通過提高開關頻率減小系統(tǒng)體積，實現(xiàn)小型化；半橋變換電路，通過控制半橋電路中MOS管的通斷，不僅能夠實現(xiàn)對壓電電機宏微驅動的高效轉換，更能通過控制MOS管的通斷頻率、不同橋的相序，實現(xiàn)壓電電機的速度控制；隔離驅動電路，實現(xiàn)控制器與被控對象的電氣隔離，放大驅動信號，驅動MOS管通斷，是高低壓連接的一座橋梁；采樣/保護電路，針對控制對象非線性、耦合性等問題，對系統(tǒng)進行閉環(huán)反饋調節(jié)，提供驅動

4、系統(tǒng)穩(wěn)定性，保護系統(tǒng)正常運行；多路低壓電源輔助電路，為控制芯片、控制器等提供穩(wěn)定，為系統(tǒng)穩(wěn)定運行提供基本保障。
　　軟件設計包括：ADC的轉換/校準，PWM控制信號的生成，控制策略的設計以及輸出狀態(tài)的監(jiān)測保護等。輸入控制信號及采樣信號通過AD轉換為數(shù)字信號，為控制器提供輸入量，實現(xiàn)對輸出狀態(tài)的控制，控制器針對輸入控制量的大小或改變 PWM波形的頻率、占空比、相位或改變IO口的輸出狀態(tài)，實現(xiàn)幅值0~600V動態(tài)調節(jié)，相位-90°~9

5、0°調節(jié)，分辨率為1°；頻率為20~70KHz調節(jié)，分辨率為10Hz；占空比為0~100％調節(jié)，分辨率為1%，并通過LCD顯示實時監(jiān)測的控制狀態(tài)。
　　針對文章進行的理論分析，對各個模塊進行試驗驗證，試驗表明各個模塊都能正常運行，并且對各個模塊進行改進后，性能都明顯提高。同時針對不同類型的壓電電機進行試驗分析，試驗表明各個壓電電機均能正常穩(wěn)定的運行，電源驅動系統(tǒng)不僅能夠驅動宏/微壓電電機，也可用于單獨驅動宏驅動（如：TRUM60）