基于脉宽调制方式的多变量超声波电机伺服控制器制造技术

一种基于脉宽调制方式的多变量超声波电机伺服控制器，包括控制部分、ＰＷＭ波发生部分、驱动部分，其特征在于该控制器中的控制部分包括微控制器（１）、振荡器（３）、信号调理器（４）、位置传感器（Ｍ２），ＰＷＭ波发生部分为ＰＷＭ波发生电路（２），驱动部分为逆变驱动电路（５）、通讯接口电路（６）；其中，微控制器（１）的输出分别接ＰＷＭ波发生电路（２）、振荡器（３）的输入端；ＰＷＭ波发生电路（２）的输出分别接微控制器（１）、逆变驱动电路（５）的输入端；振荡器（３）的输出端接ＰＷＭ波发生电路（２）的输入端；逆变电驱动路（５）的输出端接超声波电机（Ｍ１）；位置传感器（Ｍ２）的输入信号取自超声波电机（Ｍ１），其输出端接信号调理器（４）输入端；信号调理器（４）的输出端接微控制器（１）的输入端；通讯接口电路（６）的输出端接微控制器（１）的输入端，通讯接口电路（６）的输入输出端接微控制器（１）的输入输出端。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术是一种对超声波电机进行控制的装置，尤其是一种具有网络联接功能、采用脉宽调制方式及多变量控制的伺服控制器。
技术介绍
超声波电机是国外八十年代发展起来的一种新型微电机。它利用压电陶瓷逆压电效应激发的微观振动作为驱动力，通过多种振动模式的转换与耦合，将电能转变成机械能的驱动装置。超声波电机具有低速大转矩、无电磁干扰、动作响应快、运行无噪声、无输入自锁等卓越特性，在非连续运动领域、精密控制领域要比传统电磁电机性能优越。超声波电机在工业控制、智能机器人等具有伺服控制特性的系统内具有广阔的应用前景。超声波电机作为控制元件，由于其内部结构的特殊性，其相关控制方法的比较复杂，同时超声波电机的工作频带窄，电机运行状态对驱动波形参数的变化比较敏感。以上要求使得控制器应具有较高的运算性能以及为保证控制策略可靠实施而应具有的控制变量的多样性和变量参数调节的精确性、精密性。现在通常采用的以微处理芯片完成控制及驱动任务的单片控制器；或者计算机作为主控核心，微控制器为辅助控制芯片，驱动波形通过移位寄存器串型方式发生的多机控制器很难同时满足上述各方面要求。尽管采用数字直接合成器的控制器可以胜任，但由于器件的成本相对较高对于产业化而言可行性不高。随着半导体工艺的发展，新型高性能微控制芯片和可编程逻辑器件的普遍应用，使得研制具有产业化前景的高性能的超声波电机控制器成为可能。
技术实现思路
技术问题本专利技术的目的是提供一种具有网络联接功能、多控制变量的基于脉宽调制方式的超声波电机伺服控制器。技术方案本专利技术的基于脉宽调制方式的多变量超声波电机伺服控制器，包括控制部分、PWM波发生部分、驱动部分，该控制器中的控制部分包括微控制器、振荡器、信号调理器、位置传感器，PWM波发生部分为PWM波发生电路，驱动部分为逆变驱动电路、通讯接口电路；其中，微控制器的输出分别接PWM波发生电路、振荡器的输入端；PWM波发生电路的输出分别接微控制器、逆变驱动电路的输入端；振荡器的输出端接PWM波发生电路的输入端；逆变电驱动路的输出端接超声波电机；位置传感器的输入信号取自超声波电机，其输出端接信号调理器输入端；信号调理器的输出端接微控制器的输入端；通讯接口电路的输出端接微控制器输入端，通讯接口电路的输入输出端接微控制器的输入输出端。PWM波发生电路中，其输入端即脉宽控制信号锁存器U3、相位控制信号锁存器U4的输入端“A0～A7”及地址译码器U6的输入端“A0～A1”接微控制器中控制电路U1的输出端“D0～D7”及“A0～A1”；计数器U5的输入端“CLK”接振荡器U2的输出“CLKOUT”端；PWM波发生电路的输出端即计数器U5的输出端“B15”及多路开关U11～U14输出端“D”分别接微控制器中控制电路U1的输入端“CAP”和逆变驱动电路中三极管Q1～Q8的栅极。在PWM波发生电路中，脉宽控制信号锁存器U3的输出端“Q0～Q6”接比较器U7、U8的输入端“A0～A6”；相位控制信号锁存器U4的输出端“Q0～Q7”接加法器U9的输入端“A0～A7”；计数器U5的输出端“B0～B6”接分别接比较器U7、加法器U9的输入端“B0～B6”；计数器U5的输出端“B7”分别接加法器U9的输入端“B7”及多路开关U11的输入端“C”，并通过反相器(U15)接多路开关U11的输入端“C”；加法器U9输出端“Q0～Q6”接比较器U8的输入端“B0～B6”；加法器U9输出端“Q7”接多路开关U13的输入端“C”并通反相器U16接多路开关U14的输入端“C”；比较器U7、U8的输出端“LE”分别接多路开关U11、U12及U13、U14的输入端“S0”；多路开关U11～U14的输入端“S1”接地。通讯接口电路由异步通讯接口D1和控制器区域网CAN通讯接口D2组成，异步通讯接口D1的输出接微控制器的输入端即控制电路U1的“SCI”端，控制器区域网CAN通讯接口D2的输入输出端接微控制器中控制电路U1的“CAN”端。位置传感器的输入信号取自超声波电机，其输出信号端接信号调理器电路输入端。信号调理电路的输出端接微控制器的输入端“QEP”。有益效果本专利技术根据预设目标的状态变化及网络指令，通过微控制器利用脉宽调制的原理产生两相PWM波，再经逆变电路将信号放大驱动控制电机的运行。对于PWM波的产生，则通过计数器、加法器、比较器、多路开关和振荡器，采用并行发生方式，使之可根据微控制器指令调频、调相和调脉宽，达到多变量控制的目的。同时本专利技术采用锁相环技术，提高变量的精确性和稳定性。本控制器方案采用了以微控制器为控制核心，其实时接受电机运行状态反馈信号(正交编码信号)和电机运行状态调整信号，它通过对由计数器、比较器与振荡器等构成的并行脉宽调制(PWM)波发生电路发送波形控制指令，脉宽调制波发生电路以此调整电机的驱动波形，使电机运行状态实时跟随预设目标的变化而变化，达到随动控制的目的。在本控制器中微控制器只作为控制核心，不参与波形的发生，这样使得控制器的运算能力得到保证；脉宽调制波发生电路采用信号并行发生方式，具有数字化的快速调频、调相和调脉宽功能，并带有使驱动信号频率稳定、精确的数字锁相环环节，该电路使控制器参变量调节具有精确性、精密性和多样性成为可能。同时该控制器具有符合工业总线标准(CAN2.0)的网络接口，可进行多控制器间及控制器与其他设备间的网络联接，为超声波电机进入复杂系统提供了条件，开拓了其应用前景。附图说明图1是本专利技术的结构框图。其中有微控制器1、PWM波发生电路2、振荡器3、信号调理器4、逆变驱动电路5、通讯接口电路6、超声波电机M1、位置传感器M2。图2是本专利技术的电路原理图。具体实施方案本专利技术的基于脉宽调制方式的多变量超声波电机伺服控制器，包括微控制器1、PWM波发生电路2、振荡器3、信号调理器4、逆变驱动电路5、通讯接口电路6、位置传感器M2，其中微控制器1的输出分别接PWM波发生电路2、振荡器3的输入端；PWM波发生电路2的输出分别接微控制器1、逆变驱动电路5的输入端；振荡器3的输出端接PWM波发生电路2的输入端；逆变电驱动路5的输出端接超声波电机M1；位置传感器M2的输入信号取自超声波电机M1，其输出端接信号调理器4输入端；信号调理器4的输出端接微控制器1的输入端；通讯接口电路6的输出端接微控制器输入端，输入输出端接微控制器1的输入输出端。本专利技术电路中的主要元件为M1 超声波电机； M2 位置传感器；T1 A相升压变压器 T2 B相升压变压器；Q1～Q4 A相全桥电路功率管 Q5～Q8 B相全桥电路功率管；U17 信号调理器U9 加法器；U11、U12A相多路开关； U13、U14 B相多路开关；U15 A相反相器； U16B相反相器；U7 A相比较器 U8 B相比较器；U3 脉宽控制信号锁存器U5 计数器；U6 2-4译码器； U4 相位控制信号锁存器；U1 控制电路；U2 振荡电路；D1 异步通讯接口；D2 控制器区域网通讯接口PWM波发生电路由集成电路U3～U16组成，其输入端即脉宽控制信号锁存器U3、相位控制信号锁存器U4的输入端“A0～A7”及地址译码器U6的输入端“A0～A1”接微控制器(1)的输出端“D0～D7”及“本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】

【专利技术属性】
技术研发人员：胡敏强，王心坚，金龙，顾菊萍，何小虎，徐志科，秦申蓓，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：