[发明专利]一种压电陶瓷超声电机的高精度驱动控制器

说明书

一种压电陶瓷超声电机的高精度驱动控制器，包括微处理器、分频分相器、移向器、占空比调节器、驱动放大器1、驱动放大器2、阻抗匹配器1、阻抗匹配器2、频压转换器、伏值跟踪器1、伏值跟踪器2、格雷码解码器。微处理器通过内部定时器定时方法产生PWM信号，并将PWM信号输送到分频分相器；分频分相器将PWM信号进行互反和二分频，变为4路两两相反、两两相差90°的信号PWMA1、PWMA2和PWMB1、PWMB2；本发明在硬件电路上实现了运动位置闭环、运动速度闭环和驱动电压闭环控制，提高了超声电机的开环稳定性，将超声电机闭环定位精度提高到了±3.6″。

技术领域

本发明提出的一种压电陶瓷超声电机的高精度驱动控制器，主要在电子工程领域中应用。

背景技术

驱动控制器是超声电机的重要组成部分，决定了超声电机是否能正常运转，超声电机具有扭矩大、响应速度快、结构简单等特点，是利用定转子间的摩擦驱动的一种新型电机，定转子间的摩擦规律很难确定，而且定子谐振频率会随着温升而改变，超声电机的速度特性会随驱动条件(如温度、负载转矩)而变化，具有明显不同于传统电磁电机的控制特性。因此，超声电机是一种强非线性的时变系统，很难得到精确的数学模型。其优良特性的发挥有赖于驱动控制系统的精度和性能。

目前超声电机驱动控制方法主要为对速度或者位置进行传统的PID控制方式，在性能要求较高的场合，PID控制方式并不能及时、准确地应对超声电机明显的非线性运行特征，不能完全根据超声电机的当前特性来实时改变控制参数，达不到高精度控制。目前市场上还没有定位精度达到±3.6″的高精度驱动控制器。

发明内容

本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，公开一种压电陶瓷超声电机的高精度驱动控制器，用于解决现有技术中压电陶瓷超声电机驱动控制器控制精度低的问题。

本发明的技术解决方案是：一种压电陶瓷超声电机的高精度驱动控制器，包括：微处理器、分频分相器、移相器、占空比调节器、驱动放大器1、驱动放大器2、阻抗匹配器1、阻抗匹配器2、频压转换器、伏值跟踪器1、伏值跟踪器2和格雷码解码器；

微处理器，包括：PWM输出端口、数字端口和模拟端口；

微处理器，从PWM输出端口输出39.2KHz～43.5KHz高频脉冲信号，即PWM信号，并将该PWM信号传送给分频分相器；分频分相器将该PWM信号分解成电平互为相反的两路信号PWM11和PWM21，再将PWM11和PWM21这两路信号二分频变换为四路信号送入移相器，四路信号分别为：PWMA1、PWMA2和PWMB1、PWMB2。其中，PWMA2是PWMA1的反相信号，PWMB2是PWMB1的反相信号；

移相器，根据从微处理器输入的CW/CCW状态，完成PWMB1、PWMB2信号的超前或落后于PWMA1、PWMA2信号90°的相位移动后送入占空比调节器，当CW/CCW输入为高电平时，PWMB1、PWMB2信号落后于PWMA1、PWMA2信号90°相位，当CW/CCW输入为低电平时，PWMB1、PWMB2信号超前于PWMA1、PWMA2信号90°相位；

占空比调节器，在PWMA1或PWMA2或PWMB1或PWMB2为高电平信号时，将4个PWM信号与设定的11.4V电压进行电压比较，得到占空比为25％的4路PWM信号，将PWMA1、PWMA2信号送入驱动放大器1，PWMA1，并将PWMB1、PWMB2信号送入驱动放大器2；

驱动放大器1将PWMA1、PWMA2信号进行功率放大，即将驱动电平提升到28V后，，送入阻抗匹配器1；

驱动放大器2将PWMB1、PWMB2信号进行功率放大，将驱动电平提升到28V后，，送入阻抗匹配器2；

阻抗匹配器1将PWMA1与PWMA2两个方波信号整合为一个最高输出幅值Vpp为550V的正弦信号用于驱动超声电机A相