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行波超聲電動機驅動控制系統(tǒng)設計

作者: 時間:2011-03-17 來源:網(wǎng)絡 收藏

摘要:提出基于8254的行波計算機。電路簡單,對二個相差90°的方波信號控制相當方便。實驗結果表明:系統(tǒng)不僅可實現(xiàn)頻率和相位控制,并具有角度控制精確和克服溫度漂移頻率自動跟蹤性能。

本文引用地址:http://m.ptau.cn/article/162299.htm

關鍵詞:;同步信號;計算機

 

是近年來出現(xiàn)的一種集電機、精密機械、電子技術、計算機技術和功能材料等于一體的新型高科技產(chǎn)品。它以無噪聲、大轉矩、響應速度快、不受磁場影響、控制性能好等特點,不僅可用于工業(yè)設備、儀器儀表、計算機外設、辦公自動化和家用電器上,而且可用于機器人、汽車、生物醫(yī)學工程、航空學工程、航空航天和軍事設備上。因此,超聲電動機被譽為新世紀的“綠色電動機”[1]。

由于超聲電動機是利用摩擦傳動的,定子和轉子之間的滑差率不能完全確定,其諧振頻率會隨著溫度而變化,因此,實際應用時需要對位置、速度和力矩進行控制。另外,超聲電動機電路是在高頻、高壓條件下驅動的容性負載,故效率比較低,致使超聲電動機的工作頻率比較低。定子諧振頻率非常敏感于負載、環(huán)境條件,以及定子和轉子之間的摩擦特性。因此,驅動控制系統(tǒng)中必須有自動跟蹤諧振頻率變化電路,以保持驅動頻率總處于最佳的范圍[2]。本文提出基于計算機常用8254芯片的行波超聲電動機的驅動控制方法,將變頻、變相控制方案有機地結合在一起,通過計算機實時控制,實現(xiàn)了行波超聲電動機的精確角度控制和運行速度控制。

1 計算機控制系統(tǒng)組成及其原理

行波超聲電動機要求輸入二相交流電以產(chǎn)生定子環(huán)內部的行波運動,由于行波超聲電動機的一相等效電路為容性電路,故可將方波信號中的高次諧波濾掉而形成正弦波。因此,要求所構成的系統(tǒng)能夠產(chǎn)生二相電壓有效值相等、頻率相同的方波信號以驅動行波超聲電動機,控制系統(tǒng)如圖1所示。

圖1 驅動控制系統(tǒng)框圖

根據(jù)二路方波信號相位差與定子環(huán)表面質點運動軌跡的關系可以確定,如果二路信號相位差90°(電角度)時,電動機處于最佳工作狀態(tài)。通過改變相位差,可對位置、速度和力矩進行控制;為了防止諧振頻率隨環(huán)境溫度的變化而發(fā)生漂移,可通過對輸出方波信號頻率進行控制,達到抑制諧振頻率的漂移[3]。

方波發(fā)生器在單片機控制下,可產(chǎn)生兩路相同頻率、一定相位差的方波信號,作為驅動電路的輸入控制信號;同步電路根據(jù)變頻、調相的時序要求,單片機按序啟動方波發(fā)生器,使兩路信號具有一定的相位差;頻率、相位差選擇電路作為系統(tǒng)與操作者的人機接口;驅動部分為一推挽式逆變電源,提供超聲電動機所需的驅動電流;單片機可對反饋頻率檢測,使驅動信號頻率保持與壓電振子固有頻率一致。

2 方波發(fā)生器

8254是一種常用的可編程定時/計數(shù)器,具有三個獨立的16位計數(shù)器,每個計數(shù)器有六種工作方式,其計數(shù)速度可達10MHz[4]。系統(tǒng)硬件電路的原理如圖2所示。硬件電路是以8254產(chǎn)生二路方波信號及二路方波信號相位差的控制信號。計數(shù)器0和計數(shù)器1工作于方式3,即方波頻率發(fā)生器方式。以產(chǎn)生二路同頻率方波信號,并通過改變計數(shù)器數(shù)值實現(xiàn)變頻控制。計數(shù)器2工作于0方式,即終止計數(shù)中斷方式,用來控制計數(shù)器1允許與停止計數(shù),使其滯后于計數(shù)器0數(shù)個時鐘脈沖才開始計數(shù),以便獲得具有一定相位差的二路方波信號,且通過改變計數(shù)器2的計數(shù)值實現(xiàn)二路方波信號相位差的控制。工作于最小模式時,8254的WR由微機WR和IOWC通過或門產(chǎn)生;工作于最大模式時,8254的WR與IOWC連接。

圖2 方波發(fā)生器硬件框圖

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