[發明專利]一種微馬達實時控制方法及系統

有效

• 申請號: 201910444827.4
• 申請日: 2019-05-27
• 公開（公告）號: CN110176873B
• 公開（公告）日: 2020-06-05
• 發明（設計）人: 楊天宇;王藝程;李小石;孫翔宇;陳余
• 申請（專利權）人: 中國工程物理研究院電子工程研究所
• 主分類號: H02N2/00
• 分類號: H02N2/00;H02N2/14;H04L25/03
• 代理公司: 北京高沃律師事務所 11569
• 代理人: 程華

本發明公開一種微馬達實時控制方法及系統，方法包括：獲取微馬達運動狀態的電壓數字信號；對數字信號進行濾波去噪、降采樣；將降采樣后的數字信號中包含平坦的采樣值裁剪掉；對裁剪后的數字信號進行波峰波谷和上升下降沿檢測，得到去除干擾點后的數字信號；根據去除干擾點后的數字信號進行極值點校正；基于所述校正后的數字信號計算步進角度；判斷所述步進角度是否等于目標步進角度；若步進角度等于目標步進角度，則截斷脈沖輸出；若步進角度不等于目標步進角度，則重復上述步驟直到當前步進角度等于目標步進角度。本發明中的上述方法能夠提高信噪比及抗干擾能力。

技術領域

本發明涉及微馬達控制領域，特別是涉及一種微馬達實時控制方法及系統。

背景技術

微馬達也叫微型馬達或微型電機，是體積、容量較小，輸出功率一般在數百瓦以下的電機和用途、性能及環境條件要求特殊的電機。常用于控制系統中，實現機電信號或能量的檢測、解算、放大、執行或轉換等功能，或用于傳動機械負載，也可作為設備的交、直流電源。微型電機綜合了電機、微電子、電力電子、計算機、自動控制、精密機械、新材料等多門學科的高新技術行業，尤其是電子技術和新材料技術的應用促進了微型電機技術進步。微型電機品種眾多(達5000余種)、規格繁雜、市場應用領域十分廣泛，涉及國民經濟、國防裝備、人類生活的各個方面，凡是需要電驅動的場合都可以見到微型電機。微型電機制造工序多，涉及精密機械、精細化工、微細加工、磁材料處理、繞組制造、絕緣處理等工藝技術，需要的工藝裝備數量大、精度高，為了保證產品的質量還需一系列精密的測試儀器，是投資性較強的行業。簡而言之，微型電機行業是勞動密集型和技術密集型的高新技術產業。

目前，微型馬達主要有以下幾方面的應用：微型機器人，微型低功耗驅動器和微型醫學檢測器件。其中微型機器人是利用微馬達尺寸小、工作電壓低、控制精度高的特點，可用于移動式平臺、微機械裝配、維修，納米定位等。在機器人平臺中可用作方向控制部件，集成于攝像頭或方向傳感器中。對于微型低功耗驅動器，該方向主要是用于驅動可旋轉平臺，并進行多功能應用，如光學信息傳感等。同時，微馬達的高精度控制和連續性轉動能力可以為陀螺儀提供驅動。不僅可應用于定位、導航中，還可以實現陀螺儀的自標定。利用MEMS技術進行微型化馬達的研究和制作，以達到以上應用目的，是目前國外在該領域研究的重點。此外，低功耗驅動也是該器件的一大特點，能實現微系統控制與集成電路集成。另外一方面應用是微型醫學檢測器件，該應用主要也是利用了可旋轉平臺，實現微型工具操作、靜脈超聲成像等。尤其在靜脈超聲成像發展中，可旋轉平臺取代了傳統的相控陣列。因為微型超聲馬達的引入，解決了可旋轉平臺存在的扭桿較粗、較長帶來的晃動厲害，不易控制的問題。

MEMS壓電執行器具有體積小、質量輕、易于與基體結構集成、價格低廉，而且由材料的固態結晶效應產生位移，位移分辨率高，輸出力大，承受載荷大，響應速度快，瞬時加速度大等優勢，受到了廣泛關注，是一種適用于微馬達提供高分辨率定位、高動態運動特征等需求的MEMS執行器技術。

但是基于壓電執行器的微馬達受壓電材料非線性的影響，其運動狀態的一致性較差，因此，需要對基于壓電執行器的微馬達實施反饋控制，從而使增加被執行結構獲得與預期相符的運動。與傳統的步進閉環控制方法相比，由于壓電執行器的微馬達自身結構原因其步進運動的非線性較強(相同驅動條件下，步進角度存在較大的差異性)，另外對于MEMS器件的步進檢測信號較弱，信號自身信噪比及抗干擾能力難以保證，因此，提出了一種基于FPGA的實時監測控制系統來實現對微馬達的高精度步進控制。

發明內容

本發明的目的是提供一種微馬達實時控制方法及系統，提高信噪比及抗干擾能力。

為實現上述目的，本發明提供了如下方案：

一種微馬達實時控制方法，所述控制方法包括：

獲取微馬達運動狀態的電壓數字信號；

對所述數字信號進行濾波去噪；

對去噪后的數字信號進行降采樣；