[发明专利]一种压电陶瓷超声电机的高精度驱动控制器

摘要

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″。

主权项

1.一种压电陶瓷超声电机的高精度驱动控制器，其特征在于包括：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，将四个PWM信号与设定的11.4V电压进行电压比较，得到占空比为25％的四路PWM信号，将PWMA1、PWMA2信号送入驱动放大器1，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与阻抗匹配器2分别对超声电机A相与B相的等效电阻和等效电容进行电感匹配；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，阻抗匹配器2将PWMB1与PWMB2两个方波信号整合为一个最高输出幅值Vpp为550V的余弦信号用于驱动超声电机B相；频压转换器采集超声电机孤级上的频率信号并将其转换为0‑5VDC信号，输入到微处理器模拟端口，完成运动速度闭环；伏值跟踪器1与伏值跟踪器2分别将超声电机A相电压与B相电压的高压同频信号转换为低压同频信号，实现高压同频信号到0‑5VDC电压的转换，然后将该0‑5VDC电压值传送给微处理器的模拟端口，完成A相与B相的驱动电压闭环；格雷码解码器，采集位于超声电机的光电码盘输出的格雷码，将格雷码转换成微处理器能识别的二进制码，再将该二进制码传送给微处理器数字端口，完成运动位置闭环；所述的阻抗匹配器1，减少驱动功率损耗，使电机获得稳定的机械振动，在对定子振动影响较小的条件下，并联合适的电感，改善了电机的驱动性能，并组成超声电机A相的LRC逆变升压电路；所述的阻抗匹配器2，减少驱动功率损耗，使电机获得高效的机械振动，在对定子振动影响较小的条件下，并联合适的电感，改善了电机的驱动性能，并组成超声电机B相的LRC逆变升压电路。