超聲電機(jī)驅(qū)動(dòng)與控制系統(tǒng)研究.pdf

1、作為一種新型的電機(jī)，超聲電機(jī)與傳統(tǒng)電磁電機(jī)在運(yùn)行機(jī)理上有著很大的不同。由于超聲電機(jī)有著很強(qiáng)的非線性特征，因此在控制時(shí)，要求該控制器能夠控制非線性特征很強(qiáng)的對(duì)象，并且要求其具有很好的環(huán)境適應(yīng)性。又因?yàn)槌曤姍C(jī)的是容性負(fù)載，工作頻率處于超聲頻段，并且驅(qū)動(dòng)信號(hào)具有一定的相位差，這就要求其驅(qū)動(dòng)電源能夠輸出多相具有一定相位差、同頻率、等幅值，并且頻率可達(dá)到20kHz以上的驅(qū)動(dòng)信號(hào)。同時(shí)，要求其輸出有效值在幾十到一百多伏之間，輸出功率在100W以上

2、。
　　在本文中，通過(guò)建立彎振復(fù)合型超聲電機(jī)的接觸模型，得出了彎振復(fù)合型超聲電機(jī)定轉(zhuǎn)子之間接觸的非線性的結(jié)論。接著，又建立了壓電陶瓷材料在自由狀態(tài)下的動(dòng)力學(xué)模型，通過(guò)該模型分析了在不同材料參數(shù)條件下的壓電陶瓷輸出能力的非線性特征。之后，又分析了超聲電機(jī)在運(yùn)行過(guò)程中的損耗，以及溫度對(duì)于壓電陶瓷材料各項(xiàng)參數(shù)的影響。從建立的方程式中得出了超聲電機(jī)運(yùn)行過(guò)程中的溫升也是造成其非線性特征的原因之一的結(jié)論。
　　之后，針對(duì)超聲電機(jī)非線性強(qiáng)

3、的特點(diǎn)，采用模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制方法對(duì)超聲電機(jī)進(jìn)行控制。由于導(dǎo)師學(xué)習(xí)對(duì)的數(shù)量過(guò)多且可能存在噪聲點(diǎn)，因此通過(guò)聚類(lèi)減少了需處理的對(duì)象數(shù)量，并且濾除了噪聲點(diǎn)。該聚類(lèi)算法能夠使得聚類(lèi)結(jié)果盡可能的少，并且簇中任意兩個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)的距離都小于某個(gè)設(shè)定的門(mén)檻值。完成聚類(lèi)后，基于設(shè)定的模糊規(guī)則，構(gòu)建了合適的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，并且利用聚類(lèi)結(jié)果和BP學(xué)習(xí)算法進(jìn)行神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練。針對(duì)BP算法學(xué)習(xí)收斂速度較慢的特點(diǎn)，研究了不同的學(xué)習(xí)步長(zhǎng)函數(shù)，并且找出了能夠使得誤差函數(shù)收斂速率

4、相對(duì)最快的學(xué)習(xí)步長(zhǎng)函數(shù)。
　　此外，本文還研制了超聲電機(jī)的驅(qū)動(dòng)電路。該驅(qū)動(dòng)電路包含信號(hào)發(fā)生模塊、前置放大和隔離模塊、功率放大模塊。對(duì)于信號(hào)發(fā)生模塊，在本文中基于DDS信號(hào)發(fā)生技術(shù)，利用AD9852芯片發(fā)出了兩相頻率可調(diào)、初始相位可調(diào)的正弦信號(hào)。此外，利用運(yùn)算放大器對(duì)信號(hào)進(jìn)行了前置放大，并且利用HCNR200光電隔離芯片對(duì)驅(qū)動(dòng)電源強(qiáng)電和弱電部分進(jìn)行了隔離。最后，利用PA85芯片對(duì)信號(hào)進(jìn)行了功率放大處理。在設(shè)計(jì)和仿真了各個(gè)模塊之后，搭