超聲波電機(jī)運(yùn)動(dòng)控制理論與技術(shù)目錄

前言

第1章 緒論

1.1 超聲波電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制技術(shù)的發(fā)展

1.1.1 超聲波電機(jī)系統(tǒng)建模的研究

1.1.2 超聲波電機(jī)的運(yùn)動(dòng)控制策略

1.2 本書的內(nèi)容安排

參考文獻(xiàn)

第2章 超聲波電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制電路

2.1 超聲波電機(jī)低成本推挽式驅(qū)動(dòng)電路

2.2 可調(diào)頻、調(diào)幅、調(diào)相的超聲波電機(jī)控制電路

2.3 具有正反轉(zhuǎn)不對稱補(bǔ)償?shù)某暡姍C(jī)閉環(huán)控制電路

2.3.1 基于VCO的超聲波電機(jī)控制電路

2.3.2 電機(jī)定子振幅閉環(huán)控制與正反轉(zhuǎn)不對稱補(bǔ)償

2.4 基于DSP的驅(qū)動(dòng)控制電路設(shè)計(jì)

2.4.1 基于DSP的驅(qū)動(dòng)控制電路設(shè)計(jì)

2.4.2 基于DSP的對稱PWM信號(hào)產(chǎn)生方法

2.5 基于對稱PWM控制信號(hào)發(fā)生器的超聲波電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制電路

2.5.1 對稱PWM控制信號(hào)發(fā)生器工作原理

2.5.2 PWM信號(hào)發(fā)生器控制參數(shù)的設(shè)置

2.5.3 基于CPLD的對稱PWM控制信號(hào)發(fā)生器

2.5.4 基于CPLD的DSP多SPI端口通信設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

2.6 基于DDS的超聲波電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制電路

2.6.1 系統(tǒng)功能分析和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

2.6.2 基于CPLD的DDS信號(hào)發(fā)生器設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

2.6.3 DDS中ROM分時(shí)復(fù)用的實(shí)現(xiàn)

2.6.4 低通濾波器設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

2.6.5 用于超聲波電機(jī)驅(qū)動(dòng)的DDS信號(hào)發(fā)生器誤差分析

2.6.6 基于DDS的對稱PWM信號(hào)產(chǎn)生方法

2.6.7 DSP對DDS信號(hào)發(fā)生器的控制

2.7 基于相移PWM的超聲波電機(jī)H橋驅(qū)動(dòng)控制電路

2.7.1 H橋相移PWM控制方法

2.7.2 低成本相移PWM控制信號(hào)發(fā)生器

2.7.3 基于CPLD的相移PWM控制信號(hào)發(fā)生器

2.7.4 H橋控制電路設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

2.7.5 H橋相移PWM電路與推挽式電路對比分析

2.8 超聲波電機(jī)諧振驅(qū)動(dòng)電路

2.8.1 行波超聲波電機(jī)諧振驅(qū)動(dòng)電路的仿真研究

2.8.2 行波超聲波電機(jī)諧振驅(qū)動(dòng)電路的實(shí)驗(yàn)分析

2.9 行波超聲波電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路非線性研究

2.9.1 驅(qū)動(dòng)超聲波電機(jī)的推挽式變換器工作過程分析

2.9.2 超聲波電機(jī)串聯(lián)電感匹配電路研究

參考文獻(xiàn)

第3章 兩相行波超聲波電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)的建模

3.1 超聲波電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)的建模與仿真

3.1.1 環(huán)形行波超聲波電機(jī)的建模與仿真

3.1.2 超聲波電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)建模與仿真

3.1.3 采用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行辨識(shí)建模與仿真的展望

3.2 兩相行波超聲波電機(jī)轉(zhuǎn)速特性的仿真計(jì)算與神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)建模

3.2.1 壓電陶瓷與定子系統(tǒng)的振動(dòng)模型

3.2.2 定、轉(zhuǎn)子接觸摩擦模型

3.2.3 超聲波電機(jī)的轉(zhuǎn)速特性

3.2.4 超聲波電機(jī)速度特性的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型

3.3 兩相行波超聲波電機(jī)等效電路模型及其參數(shù)辨識(shí)

3.3.1 超聲波電機(jī)等效電路模型

3.3.2 超聲波電機(jī)等效電路的諧振特性

3.3.3 基于導(dǎo)納圓的等效電路參數(shù)近似計(jì)算

3.3.4 基于L-M法的等效電路參數(shù)辨識(shí)

3.4 兩相行波超聲波電機(jī)頻率一轉(zhuǎn)速控制的階躍響應(yīng)建模

3.4.1 數(shù)據(jù)測試實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

3.4.2 基于階躍響應(yīng)的超聲波電機(jī)模型辨識(shí)

3.5 、兩相行波超聲波電機(jī)頻率一轉(zhuǎn)速控制的動(dòng)態(tài)辨識(shí)建模

3.5.1 數(shù)據(jù)測試實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

3.5.2 超聲波電機(jī)頻率一轉(zhuǎn)速控制模型辨識(shí)

3.5.3 頻率一轉(zhuǎn)速控制模型參數(shù)時(shí)變的模型表述

3.6 兩相行波超聲波電機(jī)電壓幅值一轉(zhuǎn)速控制的辨識(shí)建模

第4章 采用推挽驅(qū)動(dòng)的超聲波電機(jī)運(yùn)動(dòng)控制策略研究

第5章 采用H橋驅(qū)動(dòng)的超聲波電機(jī)運(yùn)動(dòng)控制策略研究

第6章 超聲波電機(jī)混沌運(yùn)行分析與控制2100433B

《超聲波電機(jī)運(yùn)動(dòng)控制理論與技術(shù)》是作者課題組近年研究工作的總結(jié)，闡述了超聲波電機(jī)運(yùn)動(dòng)控制理論及具體裝置的設(shè)計(jì)方法與實(shí)現(xiàn)技術(shù)，反映了超聲波電機(jī)運(yùn)動(dòng)控制領(lǐng)域的最新進(jìn)展。內(nèi)容豐富，深入淺出，主要包括超聲波電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制電路設(shè)計(jì)、系統(tǒng)建模方法與仿真技術(shù)、運(yùn)動(dòng)控制理論與實(shí)現(xiàn)技術(shù)等。書中給出了多種超聲波電機(jī)新型驅(qū)動(dòng)控制電路的電路圖及詳細(xì)設(shè)計(jì)方法，分析了超聲波電機(jī)系統(tǒng)的控制非線性問題，論述了適合于控制應(yīng)用的超聲波電機(jī)運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)建模方法，細(xì)致研究了多種針對超聲波電機(jī)運(yùn)行特點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)控制策略。《超聲波電機(jī)運(yùn)動(dòng)控制理論與技術(shù)》作為國內(nèi)專題討論超聲波電機(jī)運(yùn)動(dòng)控制的第一本專著，既是一部科研成果專著，又注重理論聯(lián)系實(shí)際。不僅希望為超聲波電機(jī)運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)提供新的有效控制手段，而且希望能在理論研究與工程應(yīng)用上給讀者有所啟發(fā)與幫助。

超聲波電機(jī)的優(yōu)良特性使其在微型機(jī)器人的驅(qū)動(dòng)控制中得到廣泛的應(yīng)用。由于受其摩擦驅(qū)動(dòng)機(jī)理的限制，超聲波電機(jī)的能量轉(zhuǎn)換效率低，這嚴(yán)重限制了它在許多有限能量場合中的應(yīng)用，如密封惡劣環(huán)境中工作的微型機(jī)器人。因此，研究振動(dòng)能量采集與回饋的方法將超聲波電機(jī)的振動(dòng)能量回收轉(zhuǎn)換成電能，并定期向密封惡劣環(huán)境中工作的微型機(jī)器人提供電能。本項(xiàng)目將探索研究能量回饋型超聲波電機(jī)的構(gòu)造理論與關(guān)鍵技術(shù)，并研制出至少一種能量回饋型超聲波電機(jī)樣機(jī)。研究內(nèi)容包括：（1）能量回饋型超聲波電機(jī)的工作機(jī)理與關(guān)鍵結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；（2）能量回饋型超聲波電機(jī)的理論模型、設(shè)計(jì)方法；（3）超聲波電機(jī)能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)與儲(chǔ)能系統(tǒng)耦合動(dòng)力學(xué)行為；（4）能量回饋型超聲波電機(jī)的驅(qū)動(dòng)與控制特性；（5）能量回饋型超聲波電機(jī)的制備科學(xué)與綜合試驗(yàn)。本項(xiàng)目目標(biāo)是研制集驅(qū)動(dòng)與發(fā)電一體化的高效節(jié)能型超聲波電機(jī)，為微型機(jī)器人在密封惡劣環(huán)境中的持續(xù)穩(wěn)定工作

能量回饋型超聲波電機(jī)是一種集驅(qū)動(dòng)與能量采集功能于一體的新型超聲波電機(jī)，可以解決現(xiàn)有驅(qū)動(dòng)器件自供電問題，但有諸多科學(xué)問題值得探索。為此開展了以下研究：能量回饋型超聲波電機(jī)的工作機(jī)理與關(guān)鍵結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；電機(jī)理論模型與設(shè)計(jì)方法；電機(jī)能量采集系統(tǒng)模型與轉(zhuǎn)換拓?fù)潆娐?；電機(jī)驅(qū)動(dòng)與控制特性；電機(jī)制備科學(xué)與綜合試驗(yàn)。 1、 提出了一種改進(jìn)的壓電陶瓷極化分區(qū)形式，設(shè)計(jì)了一體式和分體式兩種能量回饋型超聲波電機(jī)結(jié)構(gòu)，建立了兩種電機(jī)定子結(jié)構(gòu)的有限元模型，優(yōu)化設(shè)計(jì)并分析了定子參數(shù)和采集區(qū)負(fù)載電阻對其頻率特性、振動(dòng)特性以及電特性的影響。 2、 考慮定子結(jié)構(gòu)剛度不對稱性，提出了電機(jī)定子等效雙模機(jī)械振動(dòng)模型；建立了電機(jī)定轉(zhuǎn)子接觸面力傳遞模型及其修正；利用修正后的Hamilton原理及粘彈性接觸理論建立了電機(jī)動(dòng)力學(xué)模型；基于正壓電效應(yīng)和彎曲振動(dòng)理論，首次建立了電機(jī)能量采集數(shù)學(xué)模型；分析了驅(qū)動(dòng)電壓、驅(qū)動(dòng)頻率、預(yù)壓力、負(fù)載力矩以及采集區(qū)負(fù)載電阻等對電機(jī)振動(dòng)特性、機(jī)械特性和電輸出特性的影響，形成了電機(jī)結(jié)構(gòu)與能量優(yōu)化設(shè)計(jì)理論。 3、 提出了電機(jī)能量采集系統(tǒng)的新型機(jī)電耦合等效電路模型，首次給出了能量采集系統(tǒng)的能量流圖，分析了不同接口拓?fù)潆娐废碌南到y(tǒng)能量組成，建立了系統(tǒng)電荷-電壓軌跡圖。形成了標(biāo)準(zhǔn)整流濾波(SIC)、同步開關(guān)電感(SSHI)和能量自給同步開關(guān)電感(SP-SSSHI)能量采集轉(zhuǎn)換拓?fù)潆娐芳夹g(shù)；揭示了拓?fù)潆娐放c采集系統(tǒng)之間多時(shí)間尺度非線性耦合動(dòng)力學(xué)行為以及作用機(jī)制。 4、 提出了一種基于模糊PID的在線識(shí)別電機(jī)控制策略，具有誤差小、計(jì)算量小和易于實(shí)現(xiàn)等特點(diǎn)，速度誤差在3%以內(nèi)。形成了基于555振蕩技術(shù)、DSP2407 和DSP2808處理器的三種驅(qū)動(dòng)控制電源技術(shù)。研制了兩種能量回饋型超聲波電機(jī)樣機(jī)合計(jì)6套，搭建了電機(jī)性能測試平臺(tái)，開展了電機(jī)綜合性能實(shí)驗(yàn)研究，結(jié)果表明電機(jī)性能達(dá)到了設(shè)計(jì)指標(biāo)要求。 5、 開展了壓電能量采集器的關(guān)鍵理論與技術(shù)研究，形成了振動(dòng)能量采集器的優(yōu)化設(shè)計(jì)方法。此外，開展了兩種新型超聲波電機(jī)研究。 2100433B

對于某些低功率應(yīng)用，內(nèi)在控制簡單，微電機(jī)及驅(qū)動(dòng)器、高密度轉(zhuǎn)矩步進(jìn)系統(tǒng)構(gòu)成了伺服電機(jī)可行的選擇。

步進(jìn)是唯一可以在開環(huán)情況下運(yùn)行，而不需位置反饋的運(yùn)動(dòng)控制方法。

基于步進(jìn)的運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)可以達(dá)到0.75千瓦（1馬力）的功率，但對大多數(shù)應(yīng)用來說，都是在較低輸出功率中運(yùn)行的。大批廠商關(guān)注于這個(gè)市場。

Baldor電氣的實(shí)時(shí)運(yùn)動(dòng)控制器NextMovee100，可以為16個(gè)軸進(jìn)行插值，并且最多可以管理連接到以太網(wǎng)Powerlink上的240個(gè)軸。這些軸處理簡單的點(diǎn)對點(diǎn)運(yùn)動(dòng)、引導(dǎo)序列、點(diǎn)動(dòng)控制，以及與步進(jìn)（伺服）運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)相關(guān)的扭矩需求。