宏微驱动压电直线电机的驱动控制装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了宏微驱动压电直线电机的驱动控制装置及方法，驱动控制装置包括可控整流电路、正负直流输出可调高频开关电路、光电耦合隔离驱动电路、2相交流输出逆变电路及微控制器电路，在微控制器电路的协调控制下，正负直流输出可调高频开关电路将可控整流电路的输出直流电经过升压处理，输出正负直流电压作为2相交流输出逆变电路的电源；微控制器电路的控制信号经光电耦合隔离驱动电路隔离放大后，驱动2相交流输出逆变电路产生宏运动所需的正弦驱动信号或微运动所需的直流驱动信号。本发明专利技术实现了宏微运动一体化压电直线电机的驱动控制，既能输出宏运动所需的正弦驱动信号，也能输出微运动所需的直流驱动信号。

【技术实现步骤摘要】
宏微驱动压电直线电机的驱动控制装置及方法
本专利技术涉及超声电机驱动控制、以及压电微位移驱动控制领域，特别涉及宏微驱动压电直线电机的驱动控制装置及方法。
技术介绍
大行程、高精度定位技术一直以来都是工程领域研究的热点之一。近年来，随着大量精密高科技工程项目的展开，如生物医药工程、微型机械制造、集成电路制造、薄膜技术、纳米技术、基因工程、特种加工技术等，高精密定位成为迫切需要解决的关键技术之一。基于传统电磁式电机等构建的大行程精密定位平台的精度一般限制在微米级；而以压电陶瓷微驱动为代表的微驱动器的定位精度能够达到纳米级，但行程只能达到几十微米。为了实现大行程、精度在纳米级的定位控制，宏微结合驱动技术成为有效的解决方案；当前宏微位移驱动平台普遍借助于旋转电动机的旋转运动，加上滚珠丝杠而获得大行程直线运动，再加上微运动台，能达到十几纳米的精度。但由于位移定位系统采用了2种驱动元件，驱动控制系统需要宏、微2套位移驱动系统，且由于存在机械动力传送中间环节，使得整个系统结构复杂、庞大，难以同时满足当今电子信息产业定位速度、精度等方面的技术要求。压电驱动器作为一种新型运动驱动元件，与传统的驱动元件相比较，压电驱动器具有高分辨率、响应速度快、功耗小、无电磁干扰、可微型化、低速大推力等优点。因此基于压电驱动器的精密定位技术得到了学术界和产业界的重视。新型宏微驱动压电直线电机借鉴现有微驱动和直线型超声电机原理和技术，将宏驱动与微驱动有机结合并集成创新为集宏微运动于一体的新型直线电机，能够实现宏微直线运动。以宏微驱动压电直线电机构建的位移定位平台，具有传动系统结构简单、运动机构的可靠性高、运动机构的位置分辨率达到纳米级、响应速度快等优点。以宏微驱动压电直线电机作为大行程、高精密定位平台的执行机构，为了能够充分发挥宏微驱动压电直线电机的宏运动和微位移优点，以及系统的定位平台的可靠性，需要与之匹配的宏微驱动控制器。目前有关超声电机和压电陶瓷微驱动器的研究很多，具体涉及到驱动器的拓扑电路结构、超声信号发生器、驱动器控制方式、供电方式等方面，并取得了一系列的成果；但纵观现有的压电陶瓷微驱动器及超声电机驱动器的研究现状，关于宏微运动一体化压电直线电机，以及其宏微驱动控制器的相关文献或专利仅有申请人为华南农业大学，专利技术人为梁莉、许志林、张铁民，于2014年3月26日公开的专利技术专利申请《一种直线驱动器的宏微驱动电源及其控制方法》，其申请号为201310667149.X，公开号为CN103683967A。专利技术专利申请CN103683967A为宏微驱动压电直线电机提供了可靠的电源，实现了超声换能器驱动电源与压电陶瓷驱动电源一体化；但并未解决如何驱动控制宏微驱动压电直线电机的问题。
技术实现思路
为了解决现有技术存在的技术问题，本专利技术提供宏微驱动压电直线电机的驱动控制装置及方法，能够输出压电直线电机宏、微运动所需的驱动控制信号，实现了宏微运动一体化压电直线电机的宏微驱动控制。本专利技术驱动控制装置通过以下的技术方案实现：宏微驱动压电直线电机的驱动控制装置，包括可控整流电路、正负直流输出可调高频开关电路、光电耦合隔离驱动电路、2相交流输出逆变电路及微控制器电路，微控制器电路分别与可控整流电路、正负直流输出可调高频开关电路、光电耦合隔离驱动电路连接，2相交流输出逆变电路分别与正负直流输出可调高频开关电路、光电耦合隔离驱动电路连接；在微控制器电路的协调控制下，正负直流输出可调高频开关电路将可控整流电路的输出直流电经过升压处理，输出正负直流电压作为2相交流输出逆变电路的电源；微控制器电路对2相交流输出逆变电路输出控制信号，所述控制信号经光电耦合隔离驱动电路隔离放大后，驱动2相交流输出逆变电路产生宏运动所需的正弦驱动信号或微运动所需的直流驱动信号。所述可控整流电路包括过零检测电路、触发脉冲放大电路及可控全桥整流电路；所述可控全桥整流电路的整流回路上设有晶闸管；所述触发脉冲放大电路连接在所述晶闸管与微控制器电路之间；所述过零检测电路连接在市电与微控制器电路之间，用于检测市电的自然过零点，产生同步脉冲，并将同步脉冲输入微控制器电路；微控制器电路收到所述同步脉冲后开始定时，定时结束产生控制角为a的晶闸管触发脉冲驱动信号，触发脉冲放大电路对微控制器产生的触发脉冲驱动信号进行放大；放大后的触发脉冲驱动信号触发可控全桥整流电路的晶闸管导通，调整可控整流电路的整流输出电压值。所述可控全桥整流电路的整流桥主要由晶闸管Q6、晶闸管Q7、二极管D18、二极管D19组成。所述触发脉冲放大电路包括依次连接的光耦集成芯片U5、三极管Q9、三极管Q8以及脉冲变压器T2，光耦集成芯片U5与微控制器电路连接，脉冲变压器T2与可控全桥整流电路连接。所述驱动控制装置还包括分别与微控制器电路、光电耦合隔离驱动电路、可控整流电路、正负直流输出可调高频开关电路、2相交流输出逆变电路连接的多路独立直流输出高频开关电路；多路独立直流输出高频开关电路输出直流电，为微控制器电路、光电耦合隔离驱动电路、可控整流电路、正负直流输出可调高频开关电路、2相交流输出逆变电路供电。所述正负直流输出可调高频开关电路采用半桥拓扑电路结构、全桥拓扑电路结构或推挽拓扑电路结构。所述半桥拓扑电路结构包括MOSFET管Q10、MOSFET管Q11，以及MOSFET驱动电路、带抽头高频变压器、全桥高频整流电路；带抽头高频变压器的初级侧与MOSFET管Q10、Q11连接，次级侧与全桥高频整流电路连接；微控制器电路输出的PWM脉冲驱动信号经过MOSFET驱动电路放大后驱动MOSFET管Q10和Q11通断，全桥高频整流电路输出正负绝对值相同的直流电作为2相交流输出逆变电路的电源；所述MOSFET驱动电路采用集成驱动芯片、光电耦合驱动电路或者脉冲变压器驱动电路。所述2相交流输出逆变电路为由4个MOSFET管Q1、Q2、Q3及Q4构成的逆变桥电路，其中由Q1、Q3构成一桥臂，Q2、Q4构成另一桥臂；在微控制器电路的控制信号作用下，4个MOSFET管完成通断切换，输出宏运动所需的正弦驱动信号，或微运动所需的直流驱动信号；所述4个MOSFET管所需的驱动信号由微控制器电路输出的控制信号经过光电耦合隔离驱动电路放大。所述光电耦合隔离驱动电路包括4片MOSFET门驱动光电耦合集成芯U1、U2、U3及U4，U1、U2组成的光电耦合隔离驱动电路用于驱动MOSFET管Q1、Q2，U3、U4组成的光电耦合隔离驱动电路用于驱动MOSFET管Q3、Q4。本专利技术驱动控制方法通过以下的技术方案实现：基于上述驱动控制装置的宏微驱动压电直线电机的驱动控制方法，包括以下步骤：(1)上电后，由微控制器电路初始化各个模块；(2)初始化后，微控制器电路检测输入的参数信号，并根据参数信号，决定是作宏驱动还是微驱动，以及驱动信号的各项参数；然后输出可控整流电路所需的触发脉冲控制信号，输出正负直流输出可调高频开关电路所需的PWM驱动信号，输出2相交流输出逆变电路所需的SPWM/PWM驱动信号；(3)根据设定的指令信息，或从位移测量系统输出的位移反馈信息，工作在宏运动驱动工作模式时，初始化完参数后，微控制器电路产生控制信号，协调控制可控整流电路和正负直流输出可调本文档来自技高网...

【技术保护点】
宏微驱动压电直线电机的驱动控制装置，其特征在于，包括可控整流电路、正负直流输出可调高频开关电路、光电耦合隔离驱动电路、2相交流输出逆变电路及微控制器电路，微控制器电路分别与可控整流电路、正负直流输出可调高频开关电路、光电耦合隔离驱动电路连接，2相交流输出逆变电路分别与正负直流输出可调高频开关电路、光电耦合隔离驱动电路连接；在微控制器电路的协调控制下，正负直流输出可调高频开关电路将可控整流电路的输出直流电经过升压处理，输出正负直流电压作为2相交流输出逆变电路的电源；微控制器电路对2相交流输出逆变电路输出控制信号，所述控制信号经光电耦合隔离驱动电路隔离放大后，驱动2相交流输出逆变电路产生宏运动所需的正弦驱动信号或微运动所需的直流驱动信号。

【技术特征摘要】
1.宏微驱动压电直线电机的驱动控制装置，其特征在于，包括可控整流电路、正负直流输出可调高频开关电路、光电耦合隔离驱动电路、2相交流输出逆变电路及微控制器电路，微控制器电路分别与可控整流电路、正负直流输出可调高频开关电路、光电耦合隔离驱动电路连接，2相交流输出逆变电路分别与正负直流输出可调高频开关电路、光电耦合隔离驱动电路连接；在微控制器电路的协调控制下，正负直流输出可调高频开关电路将可控整流电路的输出直流电经过升压处理，输出正负直流电压作为2相交流输出逆变电路的电源；微控制器电路对2相交流输出逆变电路输出控制信号，所述控制信号经光电耦合隔离驱动电路隔离放大后，驱动2相交流输出逆变电路产生宏运动所需的正弦驱动信号或微运动所需的直流驱动信号。2.根据权利要求1所述的宏微驱动压电直线电机的驱动控制装置，其特征在于，所述可控整流电路包括过零检测电路、触发脉冲放大电路及可控全桥整流电路；所述可控全桥整流电路的整流回路上设有晶闸管；所述触发脉冲放大电路连接在所述晶闸管与微控制器电路之间；所述过零检测电路连接在市电与微控制器电路之间，用于检测市电的自然过零点，产生同步脉冲，并将同步脉冲输入微控制器电路；微控制器电路收到所述同步脉冲后开始定时，定时结束产生控制角为a的晶闸管触发脉冲驱动信号，触发脉冲放大电路对微控制器产生的触发脉冲驱动信号进行放大；放大后的触发脉冲驱动信号触发可控全桥整流电路的晶闸管导通，调整可控整流电路的整流输出电压值。3.根据权利要求2所述的宏微驱动压电直线电机的驱动控制装置，其特征在于，所述可控全桥整流电路的整流桥由晶闸管Q6、晶闸管Q7、二极管D18、二极管D19组成；所述触发脉冲放大电路包括依次连接的光耦集成芯片U5、三极管Q9、三极管Q8以及脉冲变压器T2，光耦集成芯片U5与微控制器电路连接，脉冲变压器T2与可控全桥整流电路连接。4.根据权利要求2所述的宏微驱动压电直线电机的驱动控制装置，其特征在于，所述驱动控制装置还包括分别与微控制器电路、光电耦合隔离驱动电路、可控整流电路、正负直流输出可调高频开关电路、2相交流输出逆变电路连接的多路独立直流输出高频开关电路；多路独立直流输出高频开关电路输出直流电，为微控制器电路、光电耦合隔离驱动电路、可控整流电路、正负直流输出可调高频开关电路、2相交流输出逆变电路供电。5.根据权利要求1所述的宏微驱动压电直线电机的驱动控制装置，其特征在于，所述正负直流输出可调高频开关电路采用半桥拓扑电路结构、全桥拓扑电路结构或推挽拓扑电路结构。6.根据权利要求5所述的宏微驱动压电直线电机的驱动控制装置，其特征在于，所述半桥拓扑电路结构包括MOSFET管Q10、MOSFET管Q11，以及MOSFET驱动电路、带抽头高频变压器、全桥高频整流电路；带抽头高频变压器的初级侧与MOSFET管Q10、Q11连接，次级侧与全桥高频整流电路连接；微控制器电路输出的PWM脉冲驱动信号经过MOSFET驱动电路放大后驱动MOSFET管Q10和Q11通断，全桥高频整流电路输出正负绝对值相同的直流电作为2相交流输出逆变电路的电源；所述MOSFET驱动电路采用集成驱动芯片、光电耦合驱动电路或者脉冲变压器驱动电路。7.根据权利要求1所述的宏微驱动压电直线电机的驱动控制装置，其特征在于，所述2相交流输出逆变电路为由4个MOSFET管Q...

【专利技术属性】
技术研发人员：张铁民，龙涛元，廖贻泳，梁莉，
申请(专利权)人：华南农业大学，
类型：发明
国别省市：广东;44