【摘 要】
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超声波电机作为一种新型的直接驱动微电机,相比传统的电磁电机,具有响应快、断电自锁、结构简单等优点,同时由于特殊的工作原理,不需要特定的减速机构便可在低速状态下工作,
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超声波电机作为一种新型的直接驱动微电机,相比传统的电磁电机,具有响应快、断电自锁、结构简单等优点,同时由于特殊的工作原理,不需要特定的减速机构便可在低速状态下工作,且不会产生磁场、不受外界磁场与辐射源的干扰,非常适用于航空航天等精密低速控制领域。本文针对在低速状态下的60mm环形行波型超声波电机控制进行了研究,研究主要内容如下:在对环形行波型超声波电机的运行机理分析的基础上,分析并比较了三种调速方法并确定本文所用方法为调频调速法。在控制研究中,合理的数学模型是控制器设计的基础。考虑到超声波电机解析模型的复杂性与不直接可控性,本文利用非参数模型辨识法建立超声波电机的近似线性数学模型。选择二阶传递函数用以表征频率进行阶跃变化时的电机速度特性,利用近似法得到参数值。在电机工作频率范围内取实测点,获得各工作点的传递函数参数值,使用最小二乘法拟合得到以频率为变化量的电机数学模型。精确的控制模型是进行准确低速控制的关键。在分析得出的数学模型的基础上,本文采用线性滑模面和指数趋近律来设计超声波电机低速双输入滑模控制器,利用调频调速法获得预定的速度控制目标。所设计的滑模控制器控制利用上一个状态的驱动频率与前后状态的频率差为状态量来进行超声波电机低转速滑模控制系统的平衡控制,令控制系统的状态变量渐进收敛到零。建立以DSP为核心控制器的硬件控制平台,利用实验平台对电机进行控制,初步达到转速1.5r/min,波动为2%的低速控制目标。
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