[實(shí)用新型]一種四自由度超聲電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201620010551.0
• 申請(qǐng)日: 2016-01-07
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN205336154U
• 公開(kāi)（公告）日: 2016-06-22
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 蘇勛濤
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 江蘇紫金東方超聲電機(jī)有限公司
• 主分類(lèi)號(hào): H02N2/14
• 分類(lèi)號(hào): H02N2/14
• 代理公司: 南京瑞弘專(zhuān)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)用新型涉及一種電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路，特別涉及一種超聲電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。

背景技術(shù)

超聲電機(jī)(ultrasonicmotor，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)。

發(fā)明內(nèi)容

發(fā)明目的：針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)，提出一種四自由度超聲電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路，適應(yīng)于基于壓電陶瓷平面內(nèi)應(yīng)變的多自由度超聲電機(jī)，能夠輸出獨(dú)立的四路超聲電機(jī)驅(qū)動(dòng)信號(hào)。

技術(shù)方案：一種四自由度超聲電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路，包括編碼器、數(shù)字電位器、DSP模塊、FPGA模塊、四個(gè)數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊、四個(gè)低通濾波模塊以及四個(gè)運(yùn)算放大模塊；所述編碼器的輸出端連接DSP模塊的輸入端，所述DSP模塊的輸出端連接數(shù)字電位器以及FPGA模塊的輸入端，所述數(shù)字電位器的四路輸出端分別連接一個(gè)數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊的基準(zhǔn)信號(hào)端，所述FPGA模塊的四路輸出端分別連接對(duì)應(yīng)的一個(gè)數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊的信號(hào)端，所述四個(gè)數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊的輸出端分別通過(guò)一個(gè)低通濾波模塊連接到一個(gè)運(yùn)算放大模塊，所述四個(gè)運(yùn)算放大模塊的輸出端輸出四路驅(qū)動(dòng)激勵(lì)信號(hào)。

進(jìn)一步的，所述運(yùn)算放大模塊采用輸出信號(hào)幅值為450V，閉環(huán)放大倍數(shù)為60，最高頻率為120kHz的高壓運(yùn)算放大器。

有益效果：本實(shí)用新型的四自由度超聲電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路，適應(yīng)于基于壓電陶瓷平面內(nèi)應(yīng)變的多自由度超聲電機(jī)，該種電機(jī)的驅(qū)動(dòng)需要四路獨(dú)立的驅(qū)動(dòng)信號(hào)，這是由于該種超聲電機(jī)的運(yùn)動(dòng)是依靠壓電陶瓷在垂直電軸平面內(nèi)的應(yīng)變產(chǎn)生的振動(dòng)。本實(shí)用新型的四自由度超聲電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路通過(guò)DSP模塊根據(jù)實(shí)際控制需求得到四路驅(qū)動(dòng)信號(hào)的幅值、頻率及相位要求后，通過(guò)FGPA模塊獲得四路獨(dú)立的驅(qū)動(dòng)信號(hào)，通過(guò)信號(hào)處理及放大后用于基于壓電陶瓷平面內(nèi)應(yīng)變的四自由度超聲電機(jī)驅(qū)動(dòng)。

附圖說(shuō)明

圖1為一種四自由度超聲電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路結(jié)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所示，一種四自由度超聲電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路，包括數(shù)字電位器、DSP模塊、FPGA模塊、四個(gè)數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊、四個(gè)低通濾波模塊以及四個(gè)運(yùn)算放大模塊。編碼器的輸出端連接DSP模塊的輸入端，DSP模塊的輸出端連接數(shù)字電位器以及FPGA模塊的輸入端。數(shù)字電位器的四路輸出端分別連接一個(gè)數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊的基準(zhǔn)信號(hào)端，F(xiàn)PGA模塊的四路輸出端分別連接對(duì)應(yīng)的一個(gè)數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊的信號(hào)端，四個(gè)數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊的輸出端分別通過(guò)一個(gè)低通濾波模塊連接到一個(gè)運(yùn)算放大模塊。

其中，編碼器用于檢測(cè)四自由度超聲電機(jī)的動(dòng)子速度信號(hào)并發(fā)送至DSP模塊。DSP模塊接收外部控制信號(hào)并根據(jù)四自由度超聲電機(jī)的動(dòng)子速度得到最終輸出的四路控制信號(hào)的幅值信號(hào)、頻率信號(hào)以及相位信號(hào)，該過(guò)程的具體實(shí)現(xiàn)方法已有諸多文獻(xiàn)公開(kāi)，并非本實(shí)用新型的創(chuàng)造。幅值信號(hào)發(fā)送至數(shù)字電位器，頻率信號(hào)和相位信號(hào)發(fā)送至DSP模塊。數(shù)字電位器用于根據(jù)接收到的幅值信號(hào)作分別輸入到四個(gè)數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊的基準(zhǔn)信號(hào)端。FPGA模塊根據(jù)接收到的頻率信號(hào)和相位信號(hào)得到用于控制四自由度超聲電機(jī)的四路正弦波信號(hào)，并分別發(fā)送至對(duì)應(yīng)的一個(gè)數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊的信號(hào)端。四個(gè)數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊用于分別將接收到的正弦波信與幅值信號(hào)作比較后得到階梯正弦波信號(hào)，并分別發(fā)送至一個(gè)低通濾波器。通濾波器用于濾除接收到的階梯正弦波信號(hào)中的諧波信號(hào)后，經(jīng)運(yùn)算放大模塊放大處理，得到四路驅(qū)動(dòng)激勵(lì)信號(hào)。