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許利霞，張鐵民，劉瀟建
(華南農(nóng)業(yè)大學工程學院，廣州510642)
摘要：針對超聲波電機的控制特點，將目前在工業(yè)領域中廣為應用的組態(tài)軟件和分布式數(shù)據(jù)采集控制模塊與所研制的超聲波電機驅動控制系統(tǒng)結合起來，組建基于組態(tài)軟件的超聲波電機測控系統(tǒng)。通過pc機串口和工業(yè)用數(shù)據(jù)采集控制模塊實現(xiàn)通訊，編制出相應的程序和控制界面。該系統(tǒng)能夠實現(xiàn)超聲波電機調(diào)速、運動控制、速度檢測和定位控制。實驗結果表明所設計的調(diào)頻調(diào)速驅動控制系統(tǒng)，易于調(diào)節(jié)和控制，能夠滿足不同頻率的直線電機和旋轉電機的驅動與控制要求，系統(tǒng)具有較好的穩(wěn)定性。
關鍵詞：超聲波電機；驅動控制；組態(tài)軟件
中圖分類號：tm359. 9 文獻標志碼：a 文章編號：1001-6848{2010)03-0042-03
o引 言
超聲波電機具有低速、大轉矩、體積小、響應速度快、微位移、不受電磁場的影響、掉電自鎖、設計自由度大等特點，在家用電器、機器人、
辦公自動化等領域成為有良好發(fā)展前景的驅動裝置[1-5]。超聲波電機對驅動信號的要求較高，超聲波電機結構確定以后，其性能往往不僅取決于電機本身，而且在很大程度上取決于驅動電路的設計。超聲波電機隨著溫度升高，電機運行條件會發(fā)生變化，電機的諧振頻率會產(chǎn)生漂移，在高精度定位場合很難得到滿意的控制性能，需要高性能的傳感器對電機進行閉環(huán)控制。國內(nèi)外學者為改善超聲波電機性能，對超聲波電機的驅動與控制做了大量研究[6-10]。
從控制方面看，由于超聲波電機的控制變量與轉速及負載之間的復雜非線性，超聲波電機比電磁電機的控制更難。為此本文結合組態(tài)軟件研究超聲波電機的驅動與控制技術。
1驅動控制系統(tǒng)硬件電路
1.1系統(tǒng)的總體結構
超聲波電機驅動系統(tǒng)由計算機、接口轉換模塊、電機控制模塊、壓頻轉換模塊、電機驅動模塊、參數(shù)檢測模塊和傳感器組成，直線超聲波電機驅動控制系統(tǒng)如圖1所示。
由計算機發(fā)出驅動信號，通過控制模塊輸出控制電壓，經(jīng)壓頻轉換電路把控制電壓轉換為兩路高頻正弦交流信號驅動超聲波電機。
1.2調(diào)頻驅動控制電路
系統(tǒng)通過調(diào)整電機的驅動頻率實現(xiàn)轉速控制，電路如圖2所示。調(diào)頻電路采用內(nèi)部帶有壓控振蕩器(vc0) cd4046產(chǎn)生方波信號，電路可以方便的實現(xiàn)頻率調(diào)節(jié)，線路結構簡單，在整個頻率段均可獲得很好的穩(wěn)定性。vc0振蕩頻率的范圍由rl、r2和ci決定。
為了驅動諧振頻率在20 khz~ 100 khz范圍的超聲波電機，因此要求信號發(fā)生器輸出方波信號頻率在80 khz~ 400 khz之間。適當調(diào)節(jié)ri、
r3、ci的參數(shù)值可以調(diào)節(jié)輸出方波信號的頻率范圍，一般cd4046的****頻率為1 2 mhz( vcc=15 v)。
移相電路由雙向移位寄存器40194實現(xiàn)，壓控振蕩器產(chǎn)生頻率可調(diào)的方波信號作為40194的時鐘信號，每輸入一個脈沖信號，輸出端的四個狀態(tài)就變動一次，而且相位依次相差90度。由控制端5，和so的狀態(tài)組合，可以實現(xiàn)40194輸出信號對超聲波電機的芷轉／反轉控制。方渡信號經(jīng)雙向移位寄存器40194處理后，輸出端得到4路相位差90度的方波信號，用此信號驅動兩路推挽功放電路，可以得到相位差為90度的兩路高頻方波信號，完全滿足超聲波電機的驅動需要。
調(diào)頻調(diào)速控制電路中控制電壓與驅動信號頻率的關系曲線見圖3所示。
圖3表明，輸入電壓從1. 50 v到10. 50 v范圍，vco的輸出信號頻率與輸入控制電壓成正比，具有比較好的線性度，此時對應電機驅動信號的頻率為17. 40 khz~ 83. 28 khz，滿足研究室研制電機的驅動控制要求。而當輸入電壓低于1. 50 v或大于10. 50 v時，有死區(qū)電壓。
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