一種超聲波電機轉速線性化的控制方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及電氣控制領域，特別是涉及一種超聲波電機轉速線性化的控制方法， 以解決超聲波電機轉速控制中出現(xiàn)的非線性問題。
【背景技術】
[0002] 目前的微小型多自由度平臺或轉臺逐步向輕量化、小型化發(fā)展，超聲波電機是一 種理想的高力矩密度軸端驅動元件。上述應用場合大多需要超聲波電機的低速平穩(wěn)運行， 且轉速變化平緩。
[0003] 超聲波電機是一種利用壓電元件的逆壓電效應激發(fā)超聲振動，通過定子和轉子間 的摩擦驅動，實現(xiàn)將電能轉化為機械能輸出的新型直接驅動電機。其中環(huán)形行波型超聲波 電機應用最為廣泛。超聲波電機區(qū)別于傳統(tǒng)的電磁電機，其控制系統(tǒng)通常采用調頻控制，通 過調節(jié)激振頻率，可以控制定子的共振狀態(tài)，進而調節(jié)超聲波電機的轉速。
[0004] 然而，超聲波電機的轉速與頻率的關系呈現(xiàn)明顯的非線性，尤其在低轉速下，非線 性表現(xiàn)突出。以往的控制方法都是利用分段線性化，在小值范圍內，將曲線作近似線性化處 理。這種方法僅為近似線性、控制精度不高、控制程序繁瑣，很難實現(xiàn)超聲波電機的低速平 穩(wěn)變化。超聲波電機的轉速控制特性不理想，在很大程度上阻礙了其應用的進程。
【發(fā)明內容】
[0005] 本發(fā)明解決的技術問題為：提供一種超聲波電機轉速線性化的控制方法，解決超 聲波電機轉速控制中的非線性問題，實現(xiàn)線性化地控制超聲波電機，減小控制器硬件的體 積，降低復雜度，且為超聲電機驅動信號的生成提供易于實現(xiàn)的純數(shù)字算法。
[0006] 本發(fā)明的技術方案為：一種超聲波電機轉速線性化的控制方法，包括：步驟S1，在 超聲波電機控制系統(tǒng)初始化階段，對所述超聲波電機通入線性變化的頻率激勵，測試所述 超聲波電機系統(tǒng)的轉速-頻率曲線；步驟S2,擬合轉速n-頻率f曲線；步驟S3,以n為線 性，獲取（n，f)點對；步驟S4,生成控制量n與頻率f的對應映射表格，供控制指令查詢；步 驟S6,查對應映射表格獲得轉速控制量n對應的頻率f數(shù)據(jù)。
[0007] 在步驟S4之后還包括：步驟S5,執(zhí)行超聲波電機轉速控制，首先給定轉速控制量， 而后是根據(jù)角度傳感器反饋元件測量超聲電機轉速值，計算出轉速控制量。
[0008] 在步驟S6之后還包括：步驟S7,結合系統(tǒng)時鐘頻率，利用計數(shù)器在FPGA內部生成 4路相位相差90°的方波，對超聲電機的轉速進行控制。
[0009] 步驟S2中擬合轉速n-頻率f?曲線按照如下公式進行：
[0010]
【主權項】
1. 一種超聲波電機轉速線性化的控制方法，其特征在于，包括： 步驟S1，在超聲波電機控制系統(tǒng)初始化階段，對所述超聲波電機通入線性變化的頻率 激勵，測試所述超聲波電機系統(tǒng)的轉速-頻率曲線； 步驟S2,擬合轉速η-頻率f曲線； 步驟S3,以η為線性，獲?。╪，f)點對； 步驟S4,生成控制量η與頻率f的對應映射表格，供控制指令查詢； 步驟S6,查對應映射表格獲得轉速控制量η對應的頻率f數(shù)據(jù)。
2. 根據(jù)權利要求1所述的超聲波電機轉速線性化的控制方法，其特征在于，在步驟S4 之后還包括： 步驟S5,執(zhí)行超聲波電機轉速控制，首先給定轉速控制量，而后是根據(jù)角度傳感器反饋 元件測量超聲電機轉速值，計算出轉速控制量。
3. 根據(jù)權利要求1所述的超聲波電機轉速線性化的控制方法，其特征在于，在步驟S6 之后還包括： 步驟S7,結合系統(tǒng)時鐘頻率，利用計數(shù)器在FPGA內部生成4路相位相差90°的方波， 對超聲波電機的轉速進行控制。
4. 根據(jù)權利要求1所述的超聲波電機轉速線性化的控制方法，其特征在于，所述步驟 S2中擬合轉速η-頻率f曲線按照如下公式進行：
f 其中，A、B、C為常數(shù)，e為自然對數(shù)。
5. 根據(jù)權利要求1所述的超聲波電機轉速線性化的控制方法，其特征在于， 所述步驟S4中的所述映射表格，儲存于FPGA芯片的片內ROM中。
6. 根據(jù)權利要求3所述的超聲波電機轉速線性化的控制方法，其特征在于， 所述方波根據(jù)簡易方波算法得出，簡易方波算法流程包括： (1) 首先確定當前時鐘頻率下1秒的時鐘周期數(shù)Nu_ax，通過控制器計算后的方波頻 率為Numf ; (2) 利用計數(shù)器Cnt每周期記一次數(shù)，步長為2*Numf ; (3) 0ut為輸出的方波信號，初始值為0,當Cnt彡Nummax，Out取反，否則重復步驟（2); (4) 重復過程（2)，（3) -次，完成一個完整波形； (5) 回到步驟（1)，重復上述過程。
7. 根據(jù)權利要求6所述的超聲波電機轉速線性化的控制方法，其特征在于，輸出的所 述方波利用FPGA的I/O 口直接輸出至功放元件。
【專利摘要】本發(fā)明的技術方案為：一種超聲波電機轉速線性化的控制方法，包括：步驟S1，在超聲波電機控制系統(tǒng)初始化階段，對所述超聲波電機通入線性變化的頻率激勵，測試所述超聲波電機系統(tǒng)的轉速-頻率曲線；步驟S2，擬合轉速n--頻率f曲線；步驟S3，以n為線性，獲取(n,f)點對；步驟S4，生成控制量n與頻率f的對應映射表格，供控制指令查詢；步驟S6，查對應映射表格獲得轉速控制量n對應的頻率f數(shù)據(jù)。本發(fā)明提出了一種超聲波電機轉速線性化的控制方法，實現(xiàn)了對超聲波電機轉速的線性化的精確控制。本發(fā)明采用擬合法與插值法獲得轉速線性化所對應的(n,f)點對，使超聲波電機的轉速控制更加精準。
【IPC分類】H02N2-14
【公開號】CN104539190
【申請?zhí)枴緾N201410584778
【發(fā)明人】劉鵬遠, 田秀, 曹揚, 王彥利, 周鳳, 郝永勤
【申請人】北京航天控制儀器研究所
【公開日】2015年4月22日
【申請日】2014年10月27日