基于FPGA的微角步距壓電電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)及閉環(huán)控制系統(tǒng)研究.pdf

1、隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,在精密測(cè)量、納米科學(xué)儀器、精密加工裝配、半導(dǎo)體裝備和生物細(xì)胞操縱等眾多精密技術(shù)領(lǐng)域,迫切需要驅(qū)動(dòng)及控制系統(tǒng)具備高分辨力、高精度、高穩(wěn)定性、重復(fù)定位精度高等性能。微位移驅(qū)動(dòng)定位及控制技術(shù)的發(fā)展,也為微小尺寸零件的超精密加工提供必要的技術(shù)基礎(chǔ)。
　　設(shè)計(jì)了基于尺蠖運(yùn)動(dòng)機(jī)理的微角步距壓電電動(dòng)機(jī),采用現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣列FPGA(Field programmable gate array)作為驅(qū)動(dòng)控制核心,經(jīng)薄膜鍵盤(pán)設(shè)定產(chǎn)

2、生方波信號(hào)的參數(shù),方波和經(jīng)過(guò)積分電路轉(zhuǎn)化的三角波信號(hào)一起作為初始控制信號(hào)。經(jīng)壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)電源放大后加載到電動(dòng)機(jī)上。利用ModelSim仿真系統(tǒng)模擬初始控制信號(hào),結(jié)果顯示輸出的四路方波信號(hào)頻率、電壓、步數(shù)均穩(wěn)定。
　　系統(tǒng)選擇RESM型圓光柵檢測(cè)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)過(guò)的角度,并通過(guò)數(shù)字差分式處理信號(hào),采集的角度信號(hào)送入FPGA的閉環(huán)控制模塊。設(shè)計(jì)基于增量式PID控制算法,通過(guò)比較角度的理想值與實(shí)際值之間的誤差,調(diào)節(jié)比例系數(shù)、積分系數(shù)和微分系數(shù)改

3、變控制信號(hào)的電壓值減小誤差。Modelsim仿真結(jié)果表明,誤差值逐次減小,仿真實(shí)時(shí)性也能達(dá)到電動(dòng)機(jī)控制的要求。
　　控制系統(tǒng)測(cè)試結(jié)果表明:系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)信號(hào)頻率增大時(shí)相應(yīng)的輸出角度隨之減小,驅(qū)動(dòng)電壓增大時(shí)輸出角度增大;閉環(huán)控制能夠?qū)⑾到y(tǒng)誤差調(diào)節(jié)在較小范圍內(nèi);系統(tǒng)角度檢測(cè)分辨率為0.11″,最小、最大步距實(shí)驗(yàn)中分別為在100V、40Hz和160V、20Hz下測(cè)得最小、大步距角度為12.57″和40.02″,且兩者的重復(fù)定位精度優(yōu)于97％