超声电机调速性能研究

发布时间：2017-10-03 19:41

  本文关键词：超声电机调速性能研究

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【摘要】：超声电机(USM)是上世纪80年代发展起来的一种全新概念的特种电机。它利用压电材料的逆压电效应,使定子在超声频域内振动,并通过定转子之间的摩擦得到运动和力矩。与传统电磁电机相比,超声电机具有低速大转矩、无需齿轮减速机构、响应快和断电自锁等优点,目前已经在航空航天、机器人等高科技领域得到了应用。超声电机对控制信号的响应极为迅速,当电机进行速度切换时,如果不对这个变化过程进行一定的控制规划,则可能出现加速度过大甚至不连续而产生冲击的情况。当电机工作在需要频繁快速地进行高低速切换的场合时,这种影响更是不可忽视。本文从控制加加速度的角度出发,设计并实现了三种超声电机加减速方案。本文的主要内容是:首先,介绍了超声电机的特点、发展历史以及当前研究现状;介绍了加加速度的概念,阐述了对超声电机加减速过程进行规划控制的意义。其次,进行了系统方案设计。为了测量电机在低速段的速度变化细节而选用T法;为了提高驱动信号的微调分辨率而采用基于DDS技术的驱动方波产生方案;以保证加速度连续为前提设计了三种速度规划曲线,并使用经典的PID控制方法进行速度跟踪,实现对加加速度的间接控制。再次,对系统进行软硬件设计。硬件部分包括以光电编码器为核心的测速模块,以AD9850、PSoC5以及功率放大电路和匹配电路构成的超声电机驱动控制器,以MAX232为核心的通信模块。软件部分设计了基于Labview的上位机程序和基于PSoC的下位机的程序,上位机主要负责接收数据、发送指令和绘制曲线,实现人机交互,下位机负责实现测速算法、控制算法以及上传数据。最后,进行系统试验,对本文中设计的几种加加速度控制方案在不同设定条件下进行实验,对实验结果进行分析。
【关键词】：超声电机 加加速度 速度规划 DDS PSoC Labview
【学位授予单位】：南京航空航天大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TM359.9
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-14
• 注释表14-15
• 第一章 绪论15-23
• 1.1 超声电机概述15-19
• 1.1.1 超声电机的优点15-16
• 1.1.2 超声电机的发展历程16-18
• 1.1.3 超声电机的应用18-19
• 1.2 超声电机驱动和控制技术研究现状19-21
• 1.2.1 超声电机驱动器的要求19-20
• 1.2.2 超声电机控制技术的国内外研究现状20-21
• 1.3 加加速度及其在应用中的影响21-22
• 1.4 本课题研究的意义和内容22-23
• 第二章 系统设计方案23-37
• 2.1 系统框架23
• 2.2 测速方案的确定23-25
• 2.2.1 常见测速方案23-25
• 2.2.2 本课题所采用的测速方案25
• 2.3 驱动调速方案25-29
• 2.3.1 超声电机常调速方案25-27
• 2.3.2 基于DDS技术的调频调速方案27-29
• 2.4 加加速度控制方案29-36
• 2.4.1 PID控制器29-31
• 2.4.2 速度规划方案31-36
• 2.5 本章小结36-37
• 第三章 系统硬件设计37-52
• 3.1 光电编码器38-39
• 3.2 电机驱动控制器39-50
• 3.2.1 驱动信号发生部分39-45
• 3.2.2 功率放大部分和匹配电路45-50
• 3.3 通信模块50-51
• 3.3.1 RS232协议51
• 3.3.2 MAX3232及其在本课题中的应用51
• 3.4 本章小结51-52
• 第四章 系统软件设计52-78
• 4.1 基于labview的上位机软件设计52-68
• 4.1.1 labview上位机界面52-53
• 4.1.2 上位机程序结构53-54
• 4.1.3 数据初始化与visa串口配置54-55
• 4.1.4 数据接收与处理55-63
• 4.1.5 电机特性曲线的绘制63-66
• 4.1.6 下位机控制指令66-68
• 4.2 下位机软件设计68-77
• 4.2.1 PSoC Creator开发环境68
• 4.2.2 下位机总体框架68-69
• 4.2.3 测速算法的实现69-71
• 4.2.4 驱动信号生成与输出71-75
• 4.2.5 数据上传与指令接收75-77
• 4.3 本章小结77-78
• 第五章 速度跟踪实验及分析78-86
• 5.1 抛物线型曲线规划实验78-80
• 5.2 指数函数型曲线规划实验80-82
• 5.3 三角函数型曲线规划实验82-84
• 5.4 结果分析84-85
• 5.5 本章小结85-86
• 第六章 总结与展望86-88
• 6.1 全文总结86
• 6.2 下一步工作86-88
• 参考文献88-91
• 致谢91-92
• 在学期间的研究成果及发表的学术论文92-93
• 附录1 Labview 程序面板完整程序93-94
• 附录2 电机驱动控制器原理图94

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本文编号：966362