基于DDS的超聲電機(jī)驅(qū)動(dòng)電源的研制.pdf

1、超聲電機(jī)是一種基于壓電效應(yīng)和超聲頻段機(jī)械振動(dòng)的高新技術(shù)產(chǎn)品，與傳統(tǒng)的電磁式電機(jī)不同，它利用壓電材料的逆壓電效應(yīng)，將產(chǎn)生的微小形變放大再通過(guò)摩擦作用將能量傳遞給轉(zhuǎn)子，是典型的機(jī)電一體化產(chǎn)品，關(guān)于它的研究涉及機(jī)械設(shè)計(jì)、振動(dòng)、材料、電力電子以及自動(dòng)控制等多個(gè)學(xué)科。超聲電機(jī)具有低速扭矩大、響應(yīng)快、不受電磁干擾等諸多優(yōu)點(diǎn)，但是上述優(yōu)點(diǎn)需要合適的驅(qū)動(dòng)器才能使其充分發(fā)揮。
　　超聲波電機(jī)工作頻率在高于人類(lèi)聽(tīng)覺(jué)所能感知的20kHz以上，一般低于1

2、00kHz，驅(qū)動(dòng)頻率要盡可能接近或等于其工作頻率，這就給驅(qū)動(dòng)器提出了帶寬和頻率分辨率的要求。由于傳統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)電路信號(hào)源輸出為方波，其諧波成份容易激起電機(jī)定子的非工作模態(tài)，對(duì)電機(jī)試驗(yàn)及性能發(fā)揮是非常不利的?；谝陨显蛞约艾F(xiàn)有的信號(hào)源技術(shù)及硬件設(shè)備能夠較容易達(dá)到超聲電機(jī)的特殊要求，采用正弦信號(hào)發(fā)生器，對(duì)其輸出的信號(hào)直接放大作為電機(jī)驅(qū)動(dòng)信號(hào)是較為適宜的方法。
　　本文主要針對(duì)超聲波電機(jī)原理和等效電路的分析結(jié)果提出一種較為合適的應(yīng)用電路方

3、案，并計(jì)算相關(guān)參數(shù)，制作驅(qū)動(dòng)器實(shí)物。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，將整個(gè)系統(tǒng)分為信號(hào)源、隔離和功放、升壓和匹配電路三個(gè)大模塊，對(duì)每個(gè)模塊進(jìn)行分析。首先比較常見(jiàn)的信號(hào)源應(yīng)用電路，分析優(yōu)缺點(diǎn)，最終確定方案。在本方案中采用直接數(shù)字頻率合成（DDS）芯片為主體設(shè)計(jì)信號(hào)源，利用單片機(jī)實(shí)現(xiàn)控制字的加載以及輸出頻率、相位等參量的控制。由于本課題是針對(duì)大功率超聲電機(jī)設(shè)計(jì)的，最終驅(qū)動(dòng)電壓幾十至過(guò)百伏，因此，需要功放升壓電路。超聲電機(jī)本身呈電容特性，需要匹配電路實(shí)現(xiàn)高效的