[發明專利]行波超聲電機優化振動模態的協調控制方法

有效

• 申請號: 202010855623.2
• 申請日: 2020-08-21
• 公開（公告）號: CN112019086B
• 公開（公告）日: 2021-07-06
• 發明（設計）人: 荊鍇;林夏萍;劉暢;李安吉;董硯
• 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: 付長杰;張國榮

本發明一種行波超聲電機優化振動模態的協調控制方法，包括第一步，設置H橋驅動電路的初始驅動電壓和初始相位；第二步，采集當前振動周期內的行波超聲電機的輸出電壓和輸出電流，獲取行波超聲電機的兩相定子振動模態；第三步，計算當前振動周期的行波超聲電機的兩相定子振動模態的幅值差與相位差；第四步，計算下一個振動周期兩個H橋驅動電路的驅動電壓占空比；第五步，計算下一個振動周期B相H橋驅動電路的驅動電壓相位；第六步，將下一個振動周期的兩個H橋驅動電路的驅動電壓占空比和控制行波超聲電機B相的H橋驅動電路的驅動電壓相位作為各自H橋驅動電路的輸入。通過協同控制兩個H橋驅動電路的驅動電壓控制行波超聲電機的兩相電壓。

技術領域

本發明涉及電機模態控制技術領域，具體是一種行波超聲電機優化振動模態的協調控制方法。

背景技術

行波超聲電機(縮寫為TWUSM)是一種微型電機，它是利用逆壓電效應將定子的微觀振動依靠摩擦力轉化為轉子的宏觀轉動，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，被廣泛運用于醫療、航天、精密儀器儀表等領域。

TWUSM的工作原理是，通過給空間正交的兩相壓電振子施加兩相互差π/2的等幅高頻正弦電壓激發兩相正交的振動模態，進而在定子中合成行波并驅使定子表面質點的橢圓運動，從而對以一定預壓力壓在定子表面的轉子產生驅動摩擦。

然而，由于制作工藝、環境溫度、磨損以及電機本體的嚴重非線性等原因無法實現TWUSM兩相定子參數的嚴格對稱，因此對于兩相嚴格等幅正交的激勵電壓無法產生兩相嚴格等幅正交的振動模態，進而導致TWUSM的輸出精度降低，損耗增大。因此，需要一種控制方法對TWUSM兩相振動模態進行控制，以改善TWUSM的行波及其驅動特性，進而提高TWUSM的控制性能。

發明內容

針對現有技術的不足，本發明擬解決的技術問題是，提供一種行波超聲電機優化振動模態的協調控制方法。

本發明解決該技術問題所采用的技術方案是：

一種行波超聲電機優化振動模態的協調控制方法，其特征在于，該方法的具體步驟是：

第一步，設置H橋驅動電路的初始驅動電壓和初始相位差；

第二步，采集當前振動周期內的行波超聲電機的輸出電壓和輸出電流，獲取當前振動周期內行波超聲電機的兩相定子振動模態；

第三步，按照公式(3)和公式(4)計算當前振動周期的行波超聲電機的兩相定子振動模態的幅值差ΔG(i)與相位差

ΔG(i)＝G_A(i)-G_B(i) (3)

式中，N為當前振動周期內獲取的行波超聲電機兩相定子轉動模態的序列數；G_A(i)、idx_A(i)分別為當前振動周期內行波超聲電機A相定子振動模態的振幅及對應的時間位置；G_B(i)、idx_B(i)分別為當前振動周期內行波超聲電機B相定子振動模態的振幅及對應的時間位置；

第四步，以行波超聲電機的兩相定子振動模態呈等幅正交為控制目標，根據第三步得到的當前振動周期的行波超聲電機的兩相定子振動模態的幅值差ΔG(i)以及當前振動周期內兩個H橋驅動電路的占空比，按照公式(5)計算下一個振動周期兩個H橋驅動電路的驅動電壓d_A(i+1)、d_B(i+1)；

其中，d_A(i)、d_B(i)分別為當前振動周期的兩個H橋驅動電路的占空比；k_p1、k_i1分別為控制占空比的PI迭代學習控制器的比例系數和積分系數；以時間dt為積分變量；