[發明專利]一種行波型旋轉超聲電機定子振動模態觀測方法

有效

• 申請號: 202010589014.7
• 申請日: 2020-06-24
• 公開（公告）號: CN111697873B
• 公開（公告）日: 2023-09-05
• 發明（設計）人: 荊鍇;林夏萍;梁晶;董硯;孫鶴旭
• 申請（專利權）人: 河北工業大學
• 主分類號: H02N2/12
• 分類號: H02N2/12;H02N2/14;H02N2/16;H02P23/12;H02P23/14
• 代理公司: 天津翰林知識產權代理事務所(普通合伙) 12210
• 代理人: 張國榮

1.一種行波型旋轉超聲電機定子振動模態觀測方法，實現該方法所用到的設備包括FPGA、霍爾電流傳感器、電壓分壓采樣電阻、高速ADC、H橋驅動電路、行波型旋轉超聲電機，其步驟如下：

第一步，利用FPGA控制霍爾電流傳感器、電壓分壓采樣電阻，以4MHz采樣頻率對行波型旋轉超聲電機運行時的輸出電壓、電流實現采樣，通過高速ADC實現數模轉換，并計算電機定子振動模態速度；

第二步，將第一步中計算出的電機定子振動模態速度作為滑模觀測器輸出量的真實值，以構建振動模態滑模觀測器；

第三步，證明第二步設計的振動模態滑模觀測器的穩定性和收斂性；

所述第二步中的建立振動模態滑模觀測器的具體過程為：

TWUSM滿足以下機電耦合方程式：

TWUSM兩相振動模態獨立觀測，單相機電耦合方程式：

其中m、d、c、Θ分別為定子兩相的模態質量、模態阻尼、模態剛度以及機電耦合系數，f_c為定子、轉子相互作用產生的模態力；

依據式(3)，建立狀態方程式：

其中模態力f_c不可測，但其滿足|f_c|d，有界；且考慮到參數易受環境影響，令將擾動項及不可測項合并為且|h(t,x,u)|≤D，重寫狀態方程為：

其中M＝[01]；

依據式(5)建立振動模態滑模觀測器：

2.根據權利要求1所述的一種行波型旋轉超聲電機定子振動模態觀測方法，其特征在于，在當前時刻，即kT時刻，通過FPGA控制霍爾電流傳感器以4MHz的采樣頻率對電機運行時的輸出電流實現采樣，利用高速ADC實現數模轉換并傳回FPGA，獲得電機的兩相電流i＝[i_A,i_B]，振動模態速度計算模塊根據壓電振子方程(1)計算電機定子振動模態速度，即并將其作為滑模觀測器輸出量的真實值以構建振動模態滑模觀測器；

其中R_d、C_d為介電損耗電阻及靜態電容；u＝[u_A,u_B]，為驅動電壓；w＝[w_A,w_B]，為兩相定子振動模態。

3.根據權利要求1所述的一種行波型旋轉超聲電機定子振動模態觀測方法，其特征在于，電機參數利用導納圓法測得。

4.根據權利要求1所述的一種行波型旋轉超聲電機定子振動模態觀測方法，其特征在于，所述振動模態滑模觀測器通過FPGA實現。

5.根據權利要求1所述的一種行波型旋轉超聲電機定子振動模態觀測方法，其特征在于，行波型旋轉超聲電機選用型號TRUM60A。

6.根據權利要求1所述的一種行波型旋轉超聲電機定子振動模態觀測方法，其特征在于，霍爾電流傳感器型號為HCS-LTS06A。

7.根據權利要求1所述的一種行波型旋轉超聲電機定子振動模態觀測方法，其特征在于，FPGA為Altera?cyclone?IV系列。