專利名稱：兩相對稱pwm信號發(fā)生器及兩相正弦信號生成單元的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及超聲波電機控制領(lǐng)域中的兩相四路對稱PWM信號發(fā)生器及兩相正弦信號生成單元。
背景技術(shù)：
超聲波電動機(USM)是一種新型的運動控制執(zhí)行元件，具有不同于傳統(tǒng)電機的工作原理與結(jié)構(gòu)。傳統(tǒng)電機是利用磁場力推動轉(zhuǎn)子或動子運動的，超聲波電動機則是利用壓電材料的壓電效應(yīng)，靠摩擦力推動轉(zhuǎn)子或動子運動的。與傳統(tǒng)電機相比，超聲波電動機有結(jié)構(gòu)簡單，不需要線圈，重量輕，驅(qū)動部件形狀靈活，無噪聲，無磁場輻射干擾，功率質(zhì)量比大，微位移直接驅(qū)動等諸多優(yōu)點。這些優(yōu)點使得超聲波電動機在航空航天、機器人、精密加工設(shè)備、醫(yī)療儀器、生物工程設(shè)備等高端運動控制領(lǐng)域及家用電器、汽車電子等普通運動控制領(lǐng)域都有著廣泛的應(yīng)用前景。超聲波電機性能與其驅(qū)動控制電路直接相關(guān)，驅(qū)動控制電路性能的好壞直接影響超聲波電機運動控制裝置的整體控制性能。USM驅(qū)動控制電路有多種不同的結(jié)構(gòu)形式，目前，推挽式電路應(yīng)用較廣；該類電路結(jié)構(gòu)相對簡單，構(gòu)成的USM運動控制裝置可以滿足許多應(yīng)用場合的需求。對于兩相行波型超聲波電機的推挽式驅(qū)動電路而言，一相的推挽式電路包含兩個電力電子器件MOSFET，需要兩路對稱PWM信號來控制這兩個MOSFET的開、關(guān)狀態(tài)。于是，用來驅(qū)動兩相行波型超聲波電機的兩相推挽式電路，就需要兩相四路對稱PWM信號，且PWM信號的頻率、占空比(對應(yīng)于輸出驅(qū)動電壓的幅值)和相位差都應(yīng)該是可以根據(jù)控制要求來調(diào)節(jié)的。本發(fā)明給出的“兩相對稱PWM信號發(fā)生器”就用來產(chǎn)生這四路對稱PWM信號。在超聲波電機驅(qū)動電路中常用的對稱PWM信號發(fā)生器，給出的PWM信號的頻率調(diào)節(jié)精度低，難于實現(xiàn)基于頻率調(diào)節(jié)的有效的電機轉(zhuǎn)速控制。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種新的兩相對稱PWM信號發(fā)生器，以及一種兩相正弦信號生成單元，其信號頻率、占空比和相位差都可調(diào)，且頻率調(diào)節(jié)精度足夠高，解決了上述問題。實驗驗證表明，效果良好，用以解決現(xiàn)有技術(shù)中控制有效性和精度偏低的問題。為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的方案包括:兩相對稱PWM信號發(fā)生器,包括:兩相正弦信號生成單兀和對稱PWM信號生成單兀，對稱PWM信號生成單兀以兩相正弦信號生成單兀輸出的兩相正弦信號為輸入，輸出兩相對稱PWM信號；兩相正弦信號生成單兀包括:一個N位相位累加器,輸入信號包括頻率控制字K、時鐘信號CLK，以及上一時鐘周期所產(chǎn)生的相位數(shù)據(jù)，N為相位累加器輸出頻率
Λfdk為時鐘頻率，N為相位累加器的字長；至少一個ROM，ROM存儲預(yù)先設(shè)定
的函數(shù)值，并以N位相位累加器的累加值為采樣地址，輸出對應(yīng)的函數(shù)值，形成分別與兩路正弦信號對應(yīng)的數(shù)字信號。N位相位累加器包括三個加法器，第一加法器的輸入包括頻率控制字K、時鐘信號CLK>以及其輸出，第二、第三加法器均以第一加法器的輸出為輸入,第二加法器的另一個輸入為設(shè)定的常數(shù)LPM_C0NSTANT，第三加法器的另一個輸入為相位調(diào)節(jié)量；第二、第三加法器的輸出用于形成N位相位累加器的兩路輸出。兩相正弦信號生成單元包括兩個R0M，兩個ROM分別對應(yīng)連接N位相位累加器的兩路輸出。 兩相正弦信號生成單元包括一個R0M，該ROM通過兩路數(shù)據(jù)選擇器分別連接N位相位累加器的兩路輸出，時鐘信號CLK為兩路數(shù)據(jù)選擇器的控制信號。所述相位累加器還包括兩個同步D觸發(fā)器，所述第二、第三加法器的輸出分別連接對應(yīng)的同步D觸發(fā)器的輸入，同步D觸發(fā)器的輸出分別對應(yīng)連接所述相位累加器的兩路輸出。兩相正弦信號生成單元，包 括:一個N位相位累加器，輸入信號包括頻率控制字K、時鐘信號CLK，以及上一時鐘
周期所產(chǎn)生的相位數(shù)據(jù)，N為相位累加器輸出頻率
權(quán)利要求
1.相對稱PWM信號發(fā)生器，其特征在于，包括:兩相正弦信號生成單元和對稱PWM信號生成單元，對稱PWM信號生成單元以兩相正弦信號生成單元輸出的兩相正弦信號為輸入，輸出兩相對稱PWM信號； 兩相正弦信號生成單元包括: 一個N位相位累加器，輸入信號包括頻率控制字K、時鐘信號CLK，以及上一時鐘周期所產(chǎn)生的相位數(shù)據(jù)，N為相位累加器輸出頻率尤(1)，fclk為時鐘頻率，N為相位累加器的字長； 至少一個ROM，ROM存儲預(yù)先設(shè)定的函數(shù)值，并以N位相位累加器的累加值為采樣地址，輸出對應(yīng)的函數(shù)值，形成分別與兩路正弦信號對應(yīng)的數(shù)字信號。
2.據(jù)權(quán)利要求1所述的兩相對稱PWM信號發(fā)生器，其特征在于，N位相位累加器包括三個加法器，第一加法器的輸入包括頻率控制字K、時鐘信號CLK、以及其輸出，第二、第三加法器均以第一加法 器的輸出為輸入，第二加法器的另一個輸入為設(shè)定的常數(shù)LPM_CONSTANT，第三加法器的另一個輸入為相位調(diào)節(jié)量；第二、第三加法器的輸出用于形成N位相位累加器的兩路輸出。
3.據(jù)權(quán)利要求2所述的兩相對稱PWM信號發(fā)生器，其特征在于，兩相正弦信號生成單元包括兩個R0M，兩個ROM分別對應(yīng)連接N位相位累加器的兩路輸出。
4.據(jù)權(quán)利要求2所述的兩相對稱PWM信號發(fā)生器，其特征在于，兩相正弦信號生成單元包括一個R0M，該ROM通過兩路數(shù)據(jù)選擇器分別連接N位相位累加器的兩路輸出，時鐘信號CLK為兩路數(shù)據(jù)選擇器的控制信號。
5.據(jù)權(quán)利要求3或4所述的兩相對稱PWM信號發(fā)生器，其特征在于，所述相位累加器還包括兩個同步D觸發(fā)器，所述第二、第三加法器的輸出分別連接對應(yīng)的同步D觸發(fā)器的輸入，同步D觸發(fā)器的輸出分別對應(yīng)連接所述相位累加器的兩路輸出。
6.相正弦信號生成單元，其特征在于，包括: 一個N位相位累加器，輸入信號包括頻率控制字K、時鐘信號CLK，以及上一時鐘周期所產(chǎn)生的相位數(shù)據(jù)，N為相位累加器輸出頻率
7.據(jù)權(quán)利要求6所述的兩相正弦信號生成單元，其特征在于，N位相位累加器包括三個加法器，第一加法器的輸入包括頻率控制字K、時鐘信號CLK、以及其輸出，第二、第三加法器均以第一加法器的輸出為輸入，第二加法器的另一個輸入為設(shè)定的常數(shù)LPM_CONSTANT，第三加法器的另一個輸入為相位調(diào)節(jié)量；第二、第三加法器的輸出用于形成N位相位累加器的兩路輸出。
8.據(jù)權(quán)利要求7所述的兩相正弦信號生成單元，其特征在于，兩相正弦信號生成單元包括兩個R0M，兩個ROM分別對應(yīng)連接N位相位累加器的兩路輸出。
9.據(jù)權(quán)利要求7所述的兩相正弦信號生成單元，其特征在于，兩相正弦信號生成單元包括一個ROM，該ROM通過兩路數(shù)據(jù)選擇器分別連接N位相位累加器的兩路輸出，時鐘信號CLK為兩路數(shù)據(jù)選擇器的控制信號。
10.據(jù)權(quán)利要求8或9所述的兩相正弦信號生成單元，其特征在于，所述相位累加器還包括兩個同步D觸發(fā)器，所述第二、第三加法器的輸出分別連接對應(yīng)的同步D觸發(fā)器的輸入，同步D觸發(fā)器的輸 出分別對應(yīng)連接所述相位累加器的兩路輸出。
全文摘要
本發(fā)明涉及兩相對稱PWM信號發(fā)生器及兩相正弦信號生成單元，N位相位累加器、ROM、D/A和低通濾波器等4個模塊，構(gòu)成一個兩相正弦信號生成單元，能夠根據(jù)輸入信號表達的控制要求，給出兩相正弦信號。其后的比較、分頻、輸出控制等3個模塊，對上述給出的兩相正弦信號進行處理，給出兩相對稱PWM信號，可稱之為PWM信號生成單元。本發(fā)明的電路采用FPGA和相關(guān)芯片構(gòu)成，其輸出為頻率、相位、相位差均可連續(xù)調(diào)節(jié)的兩相正弦信號，控制可靠，精度高。
文檔編號H03K7/10GK103095260SQ201310011448
公開日2013年5月8日 申請日期2013年1月11日 優(yōu)先權(quán)日2013年1月11日
發(fā)明者史敬灼, 徐迎曦, 劉玉, 張彩霞, 馬秋杰 申請人:河南科技大學(xué)