[发明专利]基于非线性滑模观测器实现的电机定子振动模态观测方法

说明书

本发明公开基于非线性滑模观测器实现的电机定子振动模态观测方法，实现该方法所用到的设备包括FPGA、霍尔电流传感器、电压分压采样电阻、高速ADC、H桥驱动电路、行波型旋转超声电机，其步骤如下：第一步，利用FPGA控制霍尔电流传感器、电压分压采样电阻，以4MHz采样频率对行波型旋转超声电机运行时的输出电压、电流实现采样，通过高速ADC实现数模转换，并建立针对振动模态一阶导数的观测器：第二步，根据第一步建立的振动模态一阶导数的观测器，建立振动模态非线性滑模观测器。该方法针对行波型旋转超声电机，能够实现定子振动模态准确观测，具有一定的参数鲁棒性，且能克服现有测量技术实施困难、测量精度低的问题。

技术领域

本发明涉及电机定子振动模态测量技术领域，具体地说，是基于非线性滑模观测器实现的行波型旋转超声电机定子振动模态观测方法。

背景技术

行波超声电机(TWUSM)是一种微型电机，结构简单、体积小，响应快速，且不受电磁场干扰，被广泛应用于控制精度需求高的场合，如航天航空、医疗领域等。

TWUSM是利用压电材料逆压电效应，施加两相高频激励电压激发定子产生振动行波，使定子表面质点以椭圆轨迹运动，从而通过与转子接触摩擦驱动转子旋转。依据其驱动机理可知，定子产生行波是驱动关键，而行波是由定子两相振动模态叠加形成，因此对定子振动模态测量的研究是十分必要的。分析当前文献，对于实现定子振动模态的测量主要依赖于高速摄像机、传感器、变压器电桥电路等方式，这类测量方式不易安装、且仪器价格昂贵，不利于推广使用。总之，当前对于定子振动模态的测量技术不易实现广泛应用。

发明内容

为解决现有技术的不足，本发明提供基于非线性滑模观测器实现的电机定子振动模态观测方法。该方法针对行波型旋转超声电机，能够实现定子振动模态准确观测，具有一定的参数鲁棒性，且能克服现有测量技术实施困难、测量精度低的问题。

本发明解决该技术问题所采用的技术方案是：基于非线性滑模观测器实现的电机定子振动模态观测方法，实现该方法所用到的设备包括FPGA、霍尔电流传感器、电压分压采样电阻、高速ADC、H桥驱动电路、行波型旋转超声电机，其步骤如下：

第一步，利用FPGA控制霍尔电流传感器、电压分压采样电阻，以4MHz采样频率对行波型旋转超声电机运行时的输出电压、电流实现采样，通过高速ADC实现数模转换，并建立振动模态一阶导数的观测器，获得振动模态一阶导数的观测值；

第二步，根据第一步获得的振动模态一阶导数的观测值，建立振动模态非线性滑模观测器；

第三步，证明第二步设计的振动模态非线性滑模观测器的稳定性和收敛性。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、本发明方法从TWUSM模型出发，搭建振动模态一阶导观测器实现定子振动模态一阶导观测。

2、本发明方法通过搭建非线性滑模观测器对定子振动模态进行估计，实现TWUSM振动模态无传感器测量，降低成本。

3、本发明方法从理论上克服TWUSM易受环境影响产生参数不确定性，实现准确观测。

4、本发明方法从理论上克服TWUSM复杂的驱动机理而产生的不可测非线性量带来的影响实现准确观测。

5、本发明方法以测量定子振动模态为目标，其直接反应定子振动状态，间接了解转子响应状态，有利于对电机内部状态的研究。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1为本发明方法的原理示意图。

图2为本发明方法在参数稳定状态下的振动模态非线性滑模观测器的观测结果与仿真真实值对比示意图。