用于超声电机的新型驱动电源设计

针对超声电机对激励电源频率、幅值、波形的要求,设计了一种新型超声电机压电陶瓷激励电源。该激励电源输入电压为12 V,经过DC-DC降压变换电路调压后输入4路推挽升压电路叠加输出。输出幅值可达600V,频率在10～100 kHz范围内可调,同时两路电源间可实现任意相位差。在工作频率范围内无须对压电陶瓷进行阻抗匹配即可基本实现正弦交流激励。实验结果表明,该激励电源性能可靠,波形失真小,符合超声电机对激励电源的波形要求。     

控制量独立可调的超声电机新型驱动器

提出了一种基于PSoC(可编程片上系统)的行波超声电机(TRUM)驱动器.电路包括幅值可调的DC/DC推挽升压电路和频率可调的DC/AC半桥逆变电路.升压电路将15 V直流电提升到250～400 V高压,并通过电压反馈稳定该电压.半桥电路将该高压输出两路相位相差90°的方波电压,用于直接驱动超声电机.通过检测电机孤极电压并调节电机驱动频率来稳定该电压,从而稳定电机转速.所有的控制功能都由一片PSoC芯片实现.通过对一直径45 mm的超声电机进行试验,证明了电机的驱动电压幅值和频率是可以独立调节的,为超声电机的控制提供了一个很好的方法.     

基于压电陶瓷平面内应变的多自由度超声波电机驱动电路研究

介绍了一种新型基于压电陶瓷平面内应变特性的多自由度超声波电机，该电机通过两个平面内的弯曲振动模态的叠加实现转子绕Z轴的转动；并利用伸缩振动模态分别与上述弯曲振动模态叠加实现转子绕X轴和绕Y轴的转动。设计了一种基于直接数字频率合成器(DDS)原理的电机驱动电路，该电路利用在FPGA元件实现的DDS阵列产生四路正弦激励信号，并采用高压运算放大器进行功率放大。该驱动电路的特点是各路驱动信号幅值和频率及驱动信号之间的相位差均可以独立调整。电机样机的机械特性实验以及调节特性实验结果表明该驱动电路满足驱动基于压电陶瓷平面内应变的多自由度超声波电机的要求。     

频率跟踪及幅值相位可控的三相交流逆变电路

运用智能模块IPM、SA8282三相脉宽调制(PWM)波形发生器等新型智能化器件,设计了一种能跟踪输入电压频率、输出电压幅值可调、输入电压与输出电压间相位差可控的三相交流逆变电路.系统在输出电压跟踪输入电压频率的同时,通过PWM技术实现了输出电压的整定,通过改变相位差输入电压设定值可方便地实现输出电压与输入电压间的相位差控制.     

二相行波超声波电机的电压闭环控制

超声波电机（USM）是一种新型微特电机,运行机理及相应的驱动、控制方式均不同于传统电磁电机。由于材料差异、制造偏差、运行温升及负载变化等因素的影响,使得二相行波USM的二相驱动电压幅值差异较大,不符合电机的理想运行条件,直接导致电机运行性能下降、转速波动大。针对这一问题,设计并实现了基于数字信号处理器（DSP）的USM二相电压闭环控制,使得二相电压幅值一致并可控,提高了电机运行的稳定性,有利于拓展USM的工业化应用范围。     

超声波电机的位置控制

超声波电机是一种利用压电陶瓷的逆压电效应使定子产生超声振动 ,并通过定子和转子间的磨擦来驱动转子运动的新型微特电机 ,工作原理不同于传统的电磁电机。本文简单介绍了超声波电机及利用单片机实现对shinsei公司的USR6 0型超声波电机的位置控制     

超声电机非线性建模和广义预测控制

针对超声电机输出速度与驱动频率、相位差和电压幅值呈很强的非线性,很难建立完整而精确的控制数学模型并用于高精确控制的问题,将超声电机模型分解为一个稳态非线性环节和一个动态线性环节组成的Hammerstein模型。为了辨识驱动频率、相位差和电压幅值与超声电机稳态速度的关系,提出采用均匀设计进行实验设计,通过对电机稳态速度和阶跃响应的辨识,建立旋转超声电机多变量非线性Hammerstein模型,并验证该模型的有效性。基于超声电机Hammerstein模型提出了两步法广义预测控制算法,分别以驱动频率、相位差和电压幅值作为调节变量,对电机进行速度控制仿真,结果表明该算法能够准确地跟踪设定速度,证明所提出的超声电机的辨识建模方法和广义预测控制的可行性。     

超声波电机的位置控制

超声波电机是一种利用压电陶瓷的逆压电效应使定子产生超声振动，并通过定子和转子间的磨擦来驱动转子运动的新型微特电机，工作原理不同于传统的电磁电机。本文简单介绍了超声波电机及利用单片机实现对shinsei公司的USR60型超声波电机的位置控制。     

高频椭圆振动切削加工用超声电源的研制

介绍了一种单片机控制高频椭圆振动切削加工用超声电源的设计,其工作频率为20 kHz～1 MHz。该超声电源采用基于直接数字频率合成(DDS)技术设计信号源,信号频率和相位连续可调,波谱纯净,分辨率高,可同时输出双路具有死角调整控制功能的方波互补信号和幅值可调的正弦信号。功率输出级采用全桥开关型放大电路,增加了驱动缓冲级,实现高频大功率输出。电源具有自动寻找工作点和自动频率跟踪功能,可满足高频椭圆振动加工应用的需要。     

一种基于DDS的超声波电机驱动

设计了基于DDS的超声波电机驱动控制器,该驱动控制器以DSP、CPLD为核心,串行外设端口(SPI)为通信接口,实现了DSP、CPLD、FLASH间的数据传送。DDS输出的两路正弦信号经比较、分频后,产生4路PWM信号,再经隔离放大,由两路推挽逆变升压电路转换成具有一定幅值、频率和相位差的两相正弦电压驱动超声波电机。该驱动器不但可以实现较高分辨率的调频、调压、调相,还可以实现低频PWM通断控制。试验证明,该驱动器具有良好的控制性能。     

双馈电动机功率因数控制的研究

分析双馈电动机的等效电路和电压电流平衡方程,理论推导双馈电动机的功率表达式,得出双馈电动机功率因数主要受定子电压和转子电流两方面的限制。采用双变量控制原理,实现交‐交变频器自然无环流工作,并搭建以STM32F103ZE为控制芯片的六脉波双变量交‐交变频双馈调速系统。通过实验研究在转子电压不变的情况下,定子电压对双馈电动机功率因数的影响,分析得出增大定子电压的幅值,定子电流先减小后增大,定子侧功率因数先增大后减小,且定子电流最小点为功率因数最高点的结果。可以通过控制定子电压实现对双馈电机功率因数控制的结论。     

单模态纵-弯复合直线电动机的机理与特性

提出了一种融合一阶纵振和四阶弯曲振动模式的单模态直线超声波电动机,介绍了电动机的结构和运行机理,利用有限元方法建立了电动机定子的机电耦合模型,仿真分析了电动机定子的振动特性,确定了电动机定子工作模态和工作频率;利用弹性杆的纵振动和悬臂梁的弯曲振动理论建立了电动机驱动足椭圆运动轨迹方程,分析了激励电压相位差对电动机椭圆轨迹的影响;利用粘弹性接触机理给出了电动机的机械特性输出曲线,分析了预压力、激励电压幅值和激励频率等对电动机输出特性的影响。通过数值和仿真分析得出:单模态直线超声波电动机的工作频率为39 860 Hz,在外加激励电压Up-p=100 V时,电动机最大输出推力和空载速度分别达到19.1 N和310 mm·s~(-1)。     

Modified direct torque control method for induction motor drives based on amplitude and angle control of stator flux

This paper proposes design and implementation of a direct torque controlled induction motor drive system. The method is based on control of separation between amplitude and angle of reference stator flux for determining reference stator voltage vector in generating PWM output voltage for induction motors. The objective is to reduce electromagnetic torque ripple and stator flux droop which result in a decrease in current distortion in steady-state condition. In addition, the proposed technique provides simplicity of a control system. The direct torque control is based on the relationship between instantaneous slip angular frequency and rotor angular frequency in adjustment of the reference stator flux angle. The amplitude of the reference stator flux is always kept constant at rated value. The system has been implemented to verify its capability such as torque and stator flux responses, stator phase current distortion both during dynamic and steady state with load variation, and low speed operation.     

Induction motor drive based on the stator flux vector control

This paper presents a new torque control algorithm for induction motors, based on the stator flux vector control. For each sampling period, the value of the stator voltage is calculated to keep the stator flux equal to the reference vector, while the stator flux reference vector is calculated to keep the rotor flux amplitude constant at all operating conditions. An improved stator and rotor flux estimation algorithm is proposed, enabling robust and stable operation of the drive, even at low speeds. The induction motor torque is manipulated by variations of the flux angular velocity, enabling drive operation with fixed switching frequency and ripple-free torque in the steady state. The performance of the proposed algorithm is tested through various experimental runs, proving good behavior of the drive in both transient and steady-state operating conditions.     

三自由度圆柱定子超声波电机运动轨迹仿真

基于超声波电机中压电陶瓷的逆压电效应、定子振动、转子旋转的原理,考虑弯曲振动引起的纵向振动,应用几何原理和振动理论,对圆柱定子激励频率相同、激励电压和激励的初相位各不相同的电信号引起的各单相振动进行合成,推导了三自由度圆柱定子超声波电机在三相同时激励时定子表面质点的轨迹运动方程,并仿真出同频率、不同相位差、不同电压激励时的运动轨迹,分析了这三个因素对定子表面质点轨迹的影响,为三自由度超声波电机的轨迹控制和姿态控制奠定了理论基础。     

基于CPLD的环型行波超声波电机驱动控制技术研究

以直径为30mm的环型行波超声波电机（RTWUSM）为例,设计了一种利用正弦波信号直接放大后驱动的RTWUSM驱动控制电源。电源采用DSP高速CPU控制系统,采用可编程逻辑器件（CPLD）和D/A组成的直接数字频率合成（DDS）电路来产生两相正弦波、双极性晶体管组成的线性功率放大电路和光电编码器采集的速度信号为反馈的速度闭环控制技术,利用DDS原理,通过D/A来调节输出的驱动信号的频率、相位和幅值,实现了RTWUSM的准确定位控制。驱动部分采用电源峰峰值跟踪和并联谐振技术,降低了驱动控制电源的损耗,提高了效率。通过对RTWUSM30的位置控制,证实了该驱动控制技术的可行和正确性,为进一步扩大环型行波超声波电机的应用奠定了基础。     

基于电压矢量闭环双馈风力发电空载并网策略

电压开环双馈电机空载并网方式缺少对定子电压的直接有效控制,存在定子电压相位、幅值极易受参数变化的影响、端电压幅值低频脉动的缺点,并网过程中易产生较大的冲击电流,影响电网的稳定运行.分析了基于定子电压瞬时值闭环控制的基本原理和控制策略,对转子电流进行了线性化解耦控制.通过仿真验证了采用电压闭环控制,定子电压对电网电压具有较强的跟随性能,提高了定子端电压的控制精度,并网过程冲击电流较小,电压闭环空载并网是一种理想的并网方式.     

基于变频器的异步电机离线参数辨识

分析了基于变频器控制的异步电机参数辨识方案.对传统测定子电阻的直流试验方法进行改进,提出了一种消除功率开关器件压降影响的定子电阻辨识方法.通过向电机施加单相电压信号,得到了电机参数的计算公式.针对单相试验中电机定子电流准幅值和相位的对电机参数精确估计的需求,提出了一种基于离散傅里叶变换测量电机定子电流幅值与初始相位的方法,所述算法考虑到由于非同步测量误差以及频谱泄漏和栅栏效应引起的离散傅里叶变换计算误差的修正问题.MATLAB/Simulink仿真结果证实了所提方法的有效性.     

电机换向器片间介电强度自动检测仪设计

介绍了一种交流串励电机换向器片间介电灶度自动偷测仪，采用步进电功饥驱动换向器转动，实现了检测停留时间的精确调节，同时还采用特殊的检测电路和机械结构，实现了检测电压的可调并充分考虑检测仪的可靠性和稳定性，以及对不同规格换向器适应性和操作的简易性。