[發(fā)明專利]三電源環(huán)形行波超聲波電機(jī)的正反轉(zhuǎn)移相控制方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310039788.2
• 申請日: 2013-02-01
• 公開（公告）號(hào): CN103107736A
• 公開（公告）日: 2013-05-15
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 胡敏強(qiáng);潘鵬;陸旦宏;金龍;徐志科
• 申請（專利權(quán)）人: 東南大學(xué)
• 主分類號(hào): H02N2/14
• 分類號(hào): H02N2/14
• 代理公司: 南京蘇高專利商標(biāo)事務(wù)所(普通合伙) 32204
• 代理人: 柏尚春

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種三電源環(huán)形行波超聲波電機(jī)的正反轉(zhuǎn)移相控制方法，屬于超聲波電機(jī)控制領(lǐng)域。

背景技術(shù)

環(huán)形行波超聲波電機(jī)是目前使用比較多的一種超聲波電機(jī)，其速度控制的實(shí)質(zhì)在于改變行波的波幅、速度和質(zhì)點(diǎn)的橢圓軌跡，對應(yīng)的三個(gè)基礎(chǔ)控制量是電壓幅值、頻率和相位差。常用的控制方案是將電壓、頻率、相位三種控制方式結(jié)合起來，合適的做法是，在利用電壓和頻率實(shí)現(xiàn)電機(jī)本體控制的基礎(chǔ)上，利用相位實(shí)現(xiàn)伺服輸出控制，因此相位差控制是重要的核心之一。

時(shí)間移相控制時(shí)，傳統(tǒng)超聲波電機(jī)采用兩個(gè)電源

csinωt

csin(ωt+π/2+α)＝ccos(ωt+α)

在AB區(qū)分別在定子中激勵(lì)獨(dú)立的駐波：

w_A＝crsinnx·sinωt

w_B＝crcosnx·cos(ωt+α)

定子中合成波形為：

w＝w_A+w_B

＝cr[sin?nx·sinωt+cosnx·cos(ωt+α)]

其中cr為駐波橫向振動(dòng)振幅，為標(biāo)么值，r是駐波幅值相對于電壓幅值的系數(shù)，x為空間位置角度，ω為振動(dòng)角頻率，n＝l/λ是沿定子圓周的波數(shù)，l為定子周長，λ為彈性波長，t為時(shí)間，α+π/2為時(shí)間移相角。說明書中相同符號(hào)表示相同的含義。

當(dāng)電源激勵(lì)時(shí)間相位互差值逐漸偏離π/2時(shí)，定子中合成波形里面包含行波和駐波，且偏離量越大，駐波分量越大，從而改變了電機(jī)轉(zhuǎn)速。

空間上兩個(gè)相同時(shí)間相位相同波長的正弦波形疊加后仍然是正弦波形，合成正弦波形的幅值和空間位置取決于兩個(gè)原始正弦波形的幅值大小和比值關(guān)系。傳統(tǒng)超聲波電機(jī)每個(gè)電源各自激勵(lì)的駐波在空間上是固定的，如果將這個(gè)駐波改由兩個(gè)具有相同時(shí)間相位和相同波長的駐波疊加而成，則兩個(gè)駐波大小關(guān)系的改變可以導(dǎo)致合成駐波在空間發(fā)生位移。

利用上述方法，單獨(dú)移動(dòng)A區(qū)的駐波，而兩區(qū)激勵(lì)電源保持原有的π/2不變，則可以實(shí)現(xiàn)空間移相(單獨(dú)移動(dòng)B區(qū)駐波也有同樣效果)。即三電源行波超聲波電機(jī)。

如圖1所示，三電源行波超聲波電機(jī)的壓電陶瓷包括A區(qū)和B區(qū)。A區(qū)壓電陶瓷和B區(qū)壓電陶瓷空間相差四分之一行波波長，各區(qū)壓電陶瓷均采用四分之一行波波長的壓電片極化分區(qū)，極化分區(qū)沿順時(shí)針方向的極化方向按“++--”依次排列；所述壓電陶瓷采用電源一10、電源二11、電源三12激勵(lì)，電源一10和電源二11按順時(shí)針方向間隔作用于A區(qū)壓電陶瓷各極化分區(qū)，電源三12作用于B區(qū)壓電陶瓷，三個(gè)電源可表示為：

A區(qū)電源一和電源二為：

u₁＝acosωt?????????u₂＝bcosωt

B區(qū)電源三為：

u3=22csinωt]]>

其中，a、b、分別是電源一、二、三的電壓幅值，為標(biāo)么值，且滿足a²+b²=c²。

A區(qū)兩個(gè)電源各自激發(fā)的駐波為：

w₁＝arsin(nx+π/4)cosωt???????w₂＝brsin(nx-π/4)cosωt

這兩個(gè)駐波的合成駐波為：

w_A＝w₁+w₂＝rc?sin(nx+θ)cosωt

B區(qū)電源三激發(fā)的駐波為：

w_B＝rccosnxsinωt

其中說明書中相同符號(hào)表示相同的含義。

兩區(qū)產(chǎn)生的的駐波w_A和w_B在空間相位角度互差其即為空間移相角，相應(yīng)的空間移相控制角為變化時(shí)，其對應(yīng)的空間移相角也發(fā)生改變。