直線超聲電機(jī)建模仿真及驅(qū)動控制器設(shè)計.pdf

1、隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，尤其是現(xiàn)代工業(yè)的興起，對電機(jī)的要求不再只是提供動力，還對其提出了許多新的要求，諸如體積小，低噪音，抗電磁干擾和大扭矩等，由于傳統(tǒng)電動機(jī)自身的缺陷已很難滿足這些新的要求。為此，國內(nèi)外的許多學(xué)者都在努力研究各式新型電機(jī)，其中最典型的一種新型電機(jī)就是超聲電機(jī)（Ultrasonic Motor，簡稱USM）。超聲電機(jī)具有結(jié)構(gòu)簡單緊湊、響應(yīng)快、電磁兼容性和控制性能好等優(yōu)點，已在航空航天、醫(yī)療器械、精密儀器、機(jī)器人等多個領(lǐng)域得到

2、廣泛的應(yīng)用。
　　本文以壓電元件的逆壓電效應(yīng)為理論依據(jù)，通過振動方程詳細(xì)闡述了直線超聲電機(jī)的運(yùn)動機(jī)理，并利用ANSYS有限元分析軟件對電機(jī)定子進(jìn)行建模及仿真分析，仿真包括模態(tài)分析和諧響應(yīng)分析，從而得到電機(jī)定子的模態(tài)和最佳振動頻率，驗證電機(jī)運(yùn)動原理的正確性。然后，根據(jù)壓電換能理論，提出了超聲電機(jī)定子的等效電學(xué)模型，利用電學(xué)量來表征機(jī)械量，這樣便于驅(qū)動電路的設(shè)計和研究，利用導(dǎo)納圓法對等效電路的四個參數(shù)進(jìn)行粗計算，然后利用非線性最小二乘

3、優(yōu)化算法對參數(shù)進(jìn)行精確計算，在通過所得的計算參數(shù)完成匹配電路的設(shè)計，并對整個電路進(jìn)行仿真分析。
　　同時，本文根據(jù)理論分析的結(jié)果提出了軟硬件的設(shè)計要求，并根據(jù)需求給出了軟硬件具體的設(shè)計方案。其硬件部分分為主控電路和驅(qū)動電路兩部分。其主控電路的芯片是以ARM為內(nèi)核的STM32芯片，負(fù)責(zé)信號發(fā)生，電機(jī)測速、通信等功能，驅(qū)動部分則主要采用以場效應(yīng)管和變壓器為主的逆變放大電路，在經(jīng)過匹配環(huán)節(jié)最終驅(qū)動電機(jī)。其軟件部分主要包括 PWM信號發(fā)生