[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
地址：	300130 天津市紅橋區***	國省代碼：	天津;12
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摘要：
搜索關鍵詞：	一種行波旋轉超聲電機定子振動觀測方法
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【說明書】：

本發明公開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。本發明方法能夠實現定子振動模態準確觀測，具有一定的參數魯棒性，且能克服現有測量技術實施困難、測量精度低的問題。

技術領域

本發明涉及電機定子振動模態測量技術領域，具體是基于滑模觀測器實現的行波型旋轉超聲電機定子振動模態觀測方法。

背景技術

行波型旋轉超聲電機(英文縮寫為TWUSM)是一種微型電機，具有結構簡單，體積小，轉矩密度大，響應快速等特點，適用于低速大轉矩場合，被廣泛運用于各種場合，如醫療、航天等領域，對電機控制精度要求極高。

TWUSM輸出轉矩穩定性直接影響電機工作精度，而與輸出轉矩脈動特性有關的定子振動模態成為反應系統性能的重要指標。當前對于定子振動模態的測量技術有利用高速攝像機、傳感器實現測量、變壓器電橋電路等實現定子振動模態測量、記錄，但這些方式都存在測量儀器價格昂貴，安裝不易等問題。總之，當前的定子振動模態測量技術尚不成熟。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是：提供基于觀測器實現的行波型旋轉超聲電機定子振動模態觀測方法。該方法能夠實現定子振動模態準確觀測，具有一定的參數魯棒性，且能克服現有測量技術實施困難、測量精度低的問題。

本發明解決該技術問題所采用的技術方案是：設計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。

與現有技術相比，本發明的有益效果在于：

1、本發明方法從TWUSM模型出發，獲得定子狀態方程，從而搭建滑模觀測器實現定子振動模態估計，克服定子振動模態測量難的問題。

2、本發明方法通過搭建滑模觀測器對定子振動模態進行估計，實現TWUSM振動模態無傳感器測量，降低成本。

3、本發明方法從理論上克服TWUSM中壓電陶瓷的參數不確定性的影響，實現準確觀測。

4、本發明方法從理論上克服TWUSM復雜的驅動機理而產生的不可測非線性量帶來的影響，實現準確觀測。

5、本發明方法以測量定子振動模態為目標，其直接反應定子振動狀態，間接了解轉子響應狀態。