[實(shí)用新型]一種超聲電機(jī)諧振頻率自跟蹤驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201520194443.9
• 申請(qǐng)日: 2015-04-01
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN204595517U
• 公開(kāi)（公告）日: 2015-08-26
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 蘇勛濤
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 江蘇紫金東方超聲電機(jī)有限公司
• 主分類號(hào): G05B19/042
• 分類號(hào): G05B19/042
• 代理公司: 南京瑞弘專利商標(biāo)事務(wù)所(普通合伙) 32249
• 代理人: 吳旭

技術(shù)領(lǐng)域

本實(shí)用新型涉及一種超聲電機(jī)諧振頻率自跟蹤驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。

背景技術(shù)

超聲電機(jī)(ultrasonic?motor，USM)是一種新型電機(jī)，它利用壓電陶瓷的逆壓電效應(yīng)和超聲振動(dòng)，將彈性材料(定子)的微變形通過(guò)共振放大和摩擦耦合轉(zhuǎn)換成轉(zhuǎn)子或滑塊的宏觀運(yùn)動(dòng)。與傳統(tǒng)電磁電機(jī)相比，超聲電機(jī)具有慣性小、響應(yīng)快、不受磁場(chǎng)影響且其本身也不產(chǎn)生磁場(chǎng)的特點(diǎn)；此外，它還有重量輕、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、噪聲小、低速大扭矩以及可直接驅(qū)動(dòng)負(fù)載等優(yōu)點(diǎn)。超聲電機(jī)目前已應(yīng)用于宇宙飛船、火星探測(cè)器、導(dǎo)彈、核彈頭等航空航天工程和軍事領(lǐng)域，以及自動(dòng)調(diào)焦鏡頭和石英表等民用領(lǐng)域。超聲波電機(jī)的參數(shù)時(shí)刻變化，系統(tǒng)呈現(xiàn)高度非線性，可見(jiàn)超聲波電機(jī)是復(fù)雜的多變量、強(qiáng)耦合、時(shí)變系統(tǒng)。因此，超聲波電機(jī)的性能不僅僅取決于電機(jī)自身結(jié)構(gòu)的好壞，在很大程度上還取決于其驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)的優(yōu)劣。并且由于超聲波電機(jī)呈現(xiàn)容性特性，這就決定了超聲波電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的設(shè)計(jì)完全不同于呈電感性的傳統(tǒng)電磁型電機(jī)的驅(qū)動(dòng)器設(shè)計(jì)。超聲電機(jī)的驅(qū)動(dòng)，其存在調(diào)壓控制、變相位差控制、變頻控制等控制策略。

發(fā)明內(nèi)容

發(fā)明目的：針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)，提出一種超聲電機(jī)諧振頻率自跟蹤驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，在電機(jī)驅(qū)動(dòng)過(guò)程中能準(zhǔn)確跟蹤諧振頻率的變化。

技術(shù)方案：一種超聲電機(jī)諧振頻率自跟蹤驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，包括數(shù)字信號(hào)處理器、低通濾波電路、移相電路、自動(dòng)頻率跟蹤裝置、直流電源、驅(qū)動(dòng)電路、光電編碼器以及超聲電機(jī)；所述直流電源輸出端連接所述驅(qū)動(dòng)電路的電能輸入端，所述光電編碼器的信號(hào)輸出端連接所述數(shù)字信號(hào)處理器的信號(hào)輸入端，所述數(shù)字信號(hào)處理器的信號(hào)輸出端分別連接到低通濾波電路和移相電路的控制信號(hào)輸入端，所述低通濾波電路信號(hào)輸出端連接所述移相電路的信號(hào)輸入端，所述移相電路信號(hào)輸出端連接驅(qū)動(dòng)電路的信號(hào)輸入端，所述驅(qū)動(dòng)電路的信號(hào)輸出端連接超聲電機(jī)；其中，所述自動(dòng)頻率跟蹤裝置包括依次順序連接的采樣濾波電路、A/D轉(zhuǎn)換電路、單片機(jī)、D/A轉(zhuǎn)換電路、壓頻轉(zhuǎn)換電路以及波形發(fā)生器；所述采樣濾波電路的信號(hào)輸入端連接所述超聲電機(jī)，所述波形發(fā)生器的信號(hào)輸出端連接所述移相電路的控制信號(hào)輸入端。

進(jìn)一步的，所述驅(qū)動(dòng)電路為全橋逆變電路或推免電路。

有益效果：傳統(tǒng)技術(shù)中，超聲電機(jī)驅(qū)動(dòng)頻率的跟蹤大多是通過(guò)電壓反饋器和積分電路完成，電壓反饋器是基于模擬信號(hào)技術(shù)實(shí)現(xiàn)的，其優(yōu)點(diǎn)是電路簡(jiǎn)單、成本較低。但在某些需要對(duì)驅(qū)動(dòng)電源頻率準(zhǔn)確跟蹤的情況下，傳統(tǒng)的方案就很難滿足了，因?yàn)槠渚容^低。本實(shí)用新型的超聲電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路中，通過(guò)自動(dòng)頻率跟蹤裝置實(shí)現(xiàn)了超聲電機(jī)諧振頻率點(diǎn)的準(zhǔn)確跟蹤。其依據(jù)的原理是當(dāng)驅(qū)動(dòng)電路輸出驅(qū)動(dòng)電源頻率與超聲電機(jī)諧振頻率相同時(shí)，超聲電機(jī)的壓電原件電壓會(huì)快速提高到峰值。通過(guò)單片機(jī)控制驅(qū)動(dòng)電源頻率的正負(fù)變化，尋找電壓突變點(diǎn)來(lái)尋找到超聲電機(jī)的諧振點(diǎn)，通過(guò)該方案也能很好變壓溫度升高而引起的諧振頻率漂移。

附圖說(shuō)明

圖1為一種超聲電機(jī)變頻驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為自動(dòng)頻率跟蹤裝置構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做更進(jìn)一步的解釋。

如圖1所述，一種超聲電機(jī)諧振頻率自跟蹤驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，包括數(shù)字信號(hào)處理器、低通濾波電路、移相電路、自動(dòng)頻率跟蹤裝置、直流電源、驅(qū)動(dòng)電路、光電編碼器以及超聲電機(jī)。直流電源輸出端連接驅(qū)動(dòng)電路的電能輸入端，光電編碼器的信號(hào)輸出端連接數(shù)字信號(hào)處理器的信號(hào)輸入端。數(shù)字信號(hào)處理器的信號(hào)輸出端分別連接到低通濾波電路和移相電路的控制信號(hào)輸入端，低通濾波電路信號(hào)輸出端連接移相電路的信號(hào)輸入端，移相電路信號(hào)輸出端連接驅(qū)動(dòng)電路的信號(hào)輸入端，驅(qū)動(dòng)電路的信號(hào)輸出端連接超聲電機(jī)。如圖2所示，自動(dòng)頻率跟蹤裝置包括依次順序連接的采樣濾波電路、A/D轉(zhuǎn)換電路、單片機(jī)、D/A轉(zhuǎn)換電路、壓頻轉(zhuǎn)換電路以及波形發(fā)生器。采樣濾波電路的信號(hào)輸入端連接超聲電機(jī)，波形發(fā)生器的信號(hào)輸出端連接移相電路的控制信號(hào)輸入端。

數(shù)字信號(hào)處理器輸出占空比可調(diào)的PWM信號(hào)到低通濾波電路，PWM信號(hào)在低通濾波電路中先經(jīng)過(guò)光耦隔離，再輸入二階低通濾波電路，濾除PWM信號(hào)的高頻部分，從而輸出直流電壓。當(dāng)驅(qū)動(dòng)電路輸出驅(qū)動(dòng)電源頻率與超聲電機(jī)諧振頻率相同時(shí)，超聲電機(jī)的壓電原件電壓會(huì)快速提高到峰值，自動(dòng)頻率跟蹤裝置即利用該特性實(shí)現(xiàn)頻率的跟蹤。