[发明专利]两相对称PWM信号发生器及两相正弦信号生成单元

说明书

技术领域

本发明涉及超声波电机控制领域中的两相四路对称PWM信号发生器及两相正弦信号生成单元。

背景技术

超声波电动机（USM）是一种新型的运动控制执行元件，具有不同于传统电机的工作原理与结构。传统电机是利用磁场力推动转子或动子运动的，超声波电动机则是利用压电材料的压电效应，靠摩擦力推动转子或动子运动的。与传统电机相比，超声波电动机有结构简单，不需要线圈，重量轻，驱动部件形状灵活，无噪声，无磁场辐射干扰，功率质量比大，微位移直接驱动等诸多优点。这些优点使得超声波电动机在航空航天、机器人、精密加工设备、医疗仪器、生物工程设备等高端运动控制领域及家用电器、汽车电子等普通运动控制领域都有着广泛的应用前景。

超声波电机性能与其驱动控制电路直接相关，驱动控制电路性能的好坏直接影响超声波电机运动控制装置的整体控制性能。USM驱动控制电路有多种不同的结构形式，目前，推挽式电路应用较广；该类电路结构相对简单，构成的USM运动控制装置可以满足许多应用场合的需求。对于两相行波型超声波电机的推挽式驱动电路而言，一相的推挽式电路包含两个电力电子器件MOSFET，需要两路对称PWM信号来控制这两个MOSFET的开、关状态。于是，用来驱动两相行波型超声波电机的两相推挽式电路，就需要两相四路对称PWM信号，且PWM信号的频率、占空比（对应于输出驱动电压的幅值）和相位差都应该是可以根据控制要求来调节的。

本发明给出的“两相对称PWM信号发生器”就用来产生这四路对称PWM信号。

在超声波电机驱动电路中常用的对称PWM信号发生器，给出的PWM信号的频率调节精度低，难于实现基于频率调节的有效的电机转速控制。

发明内容

本发明的目的是提供一种新的两相对称PWM信号发生器，以及一种两相正弦信号生成单元，其信号频率、占空比和相位差都可调，且频率调节精度足够高，解决了上述问题。实验验证表明，效果良好，用以解决现有技术中控制有效性和精度偏低的问题。

为实现上述目的，本发明的方案包括：

两相对称PWM信号发生器，包括：两相正弦信号生成单元和对称PWM信号生成单元，对称PWM信号生成单元以两相正弦信号生成单元输出的两相正弦信号为输入，输出两相对称PWM信号；两相正弦信号生成单元包括：一个N位相位累加器，输入信号包括频率控制字K、时钟信号CLK，以及上一时钟周期所产生的相位数据，N为相位累加器输出频率f_clk为时钟频率，N为相位累加器的字长；至少一个ROM，ROM存储预先设定的函数值，并以N位相位累加器的累加值为采样地址，输出对应的函数值，形成分别与两路正弦信号对应的数字信号。

N位相位累加器包括三个加法器，第一加法器的输入包括频率控制字K、时钟信号CLK、以及其输出，第二、第三加法器均以第一加法器的输出为输入，第二加法器的另一个输入为设定的常数LPM_CONSTANT，第三加法器的另一个输入为相位调节量；第二、第三加法器的输出用于形成N位相位累加器的两路输出。

两相正弦信号生成单元包括两个ROM，两个ROM分别对应连接N位相位累加器的两路输出。

两相正弦信号生成单元包括一个ROM，该ROM通过两路数据选择器分别连接N位相位累加器的两路输出，时钟信号CLK为两路数据选择器的控制信号。

所述相位累加器还包括两个同步D触发器，所述第二、第三加法器的输出分别连接对应的同步D触发器的输入，同步D触发器的输出分别对应连接所述相位累加器的两路输出。

两相正弦信号生成单元，包括：

一个N位相位累加器，输入信号包括频率控制字K、时钟信号CLK，以及上一时钟周期所产生的相位数据，N为相位累加器输出频率f_clk为时钟频率，N为相位累加器的字长；至少一个ROM，ROM存储预先设定的函数值，并以N位相位累加器的累加值为采样地址，输出对应的函数值，形成分别与两路正弦信号对应的数字信号；D/A转换器，用于将ROM输出的数字信号转换为模拟信号；低通滤波器，用于将D/A转换器输出的模拟信号进行滤波、输出。

N位相位累加器包括三个加法器，第一加法器的输入包括频率控制字K、时钟信号CLK、以及其输出，第二、第三加法器均以第一加法器的输出为输入，第二加法器的另一个输入为设定的常数LPM_CONSTANT，第三加法器的另一个输入为相位调节量；第二、第三加法器的输出用于形成N位相位累加器的两路输出。

两相正弦信号生成单元包括两个ROM，两个ROM分别对应连接N位相位累加器的两路输出。