行波超聲波電機(jī)伺服控制特性理論與實(shí)踐研究.pdf

1、超聲波電機(jī)(Ultrasonic Motor簡(jiǎn)稱(chēng)USM)是八十年代發(fā)展起來(lái)的新型微電機(jī)。本文針對(duì)超聲波電機(jī)及其控制技術(shù)的研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì),以我國(guó)研究技術(shù)相對(duì)比較成熟并有產(chǎn)業(yè)化前景的行波超聲波電機(jī)(Traveling-wave Ultrasonic Motor簡(jiǎn)稱(chēng)TUSM)的伺服控制技術(shù)為研究對(duì)象,以直徑60mm的行波超聲波電機(jī)TUSM60為研究實(shí)例,在特性測(cè)試、動(dòng)穩(wěn)態(tài)性能分析,辨識(shí)模型建立、控制策略與控制算法的選擇與實(shí)現(xiàn)等方面展開(kāi)研究

2、。本論具體的研究?jī)?nèi)容為： 在分析超聲波電機(jī)研究歷史和現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上,結(jié)合國(guó)內(nèi)外超聲波電機(jī)特別是行波超聲波電機(jī)控制技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì),重點(diǎn)論述了行波超聲波電機(jī)及其驅(qū)動(dòng)控制技術(shù)的研究進(jìn)展。 介紹行波超聲波電機(jī)的基本結(jié)構(gòu),并從該電機(jī)的主要理論基礎(chǔ)--壓電原理、行波合成、接觸模型出發(fā),分析了行波超聲波電機(jī)定子質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)方程.并結(jié)合定轉(zhuǎn)子摩擦接觸特點(diǎn),分析了行波超聲波電機(jī)的運(yùn)行機(jī)理。 根據(jù)對(duì)行波超聲波電機(jī)測(cè)試和高精度控制的要求,

3、研制出基于雙DSP和FPGA的超聲波電機(jī)高性能測(cè)試控制平臺(tái)。其中控制核心采用了雙DSP結(jié)構(gòu),可以在對(duì)行波超聲波電機(jī)進(jìn)行控制的同時(shí),將必要的參數(shù)讀取出來(lái)進(jìn)行分析和研究。為行波超聲波電機(jī)瞬態(tài)特性分析以及控制策略、控制算法的深入研究打下了基礎(chǔ)。 對(duì)電機(jī)的瞬態(tài)、穩(wěn)態(tài)特性進(jìn)行的測(cè)試,可以分析驅(qū)動(dòng)頻率、電壓以及相位差等調(diào)節(jié)量對(duì)電機(jī)輸出的影響。在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步對(duì)行波超聲波電機(jī)的調(diào)節(jié)方式、控制算法選擇方面進(jìn)行分析,并得到相應(yīng)結(jié)論。 通過(guò)

4、對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的總結(jié)和歸納,利用系統(tǒng)辨識(shí)中的非參數(shù)方法,建立在特定頻率條件下的近似線性模型。在行波超聲波電機(jī)工作范圍內(nèi),辨識(shí)若干組不同頻率條件下的近似線性模型,將這些模型的參數(shù)進(jìn)行二維或三維擬合,可以得到一個(gè)關(guān)于行波超聲波電機(jī)傳遞函數(shù)的模型。辨識(shí)模型的建立為合理的選擇和優(yōu)化控制參數(shù),控制效果的驗(yàn)證等提供了行之有效的手段。 在對(duì)行波超聲波電機(jī)的速度控制、位置控制展開(kāi)的研究中.首先利用遺傳算法對(duì)常規(guī)PI恒轉(zhuǎn)速控制的控制參數(shù)整定及修正方法

5、進(jìn)行了研究；利用神經(jīng)元的在線自學(xué)習(xí)能力,研究和設(shè)計(jì)單神經(jīng)元PID-PI轉(zhuǎn)速控制器,提高控制系統(tǒng)對(duì)電機(jī)非線性和時(shí)變性的適應(yīng)能力；為了消除在伺服控制中,單一調(diào)節(jié)量(驅(qū)動(dòng)頻率)情況下,低轉(zhuǎn)速的跳躍問(wèn)題,研究和討論了多調(diào)節(jié)量分段控制方法,并利用模糊控制對(duì)控制方法的有效性進(jìn)行了驗(yàn)證；在位置控制中,利用轉(zhuǎn)速控制研究的結(jié)果,研究和設(shè)計(jì)了位置--速度雙環(huán)(串級(jí))控制器,實(shí)現(xiàn)了電機(jī)高精度位置伺服控制。 通過(guò)對(duì)已有控制系統(tǒng)的改進(jìn)和簡(jiǎn)化,設(shè)計(jì)和研制了