基于数字信号处理芯片的超声波电机线性驱动控制器制造技术

基于数字信号处理芯片的超声波电机线性驱动控制器是一种对超声波电机进行控制的装置，尤其是一种采用ＤＳＰ及电源跟踪技术的线性控制器，该控制器包括直流调压电路１、功率电压放大电路２、正弦波函数发生电路３、数字压控振荡器４、ＤＳＰ芯片５、速度位置传感器Ｍ２，其中，ＤＳＰ芯片５的输出端分别接直流调压电路１、正弦波函数发生电路３、数字压控振荡器４的输入端，数字压控振荡器４的输出端接正弦波函数发生电路３的输入端，正弦波函数发生电路３和直流调压电路１的输出端分别接功率电压放大电路２的输入端，功率电压放大电路２的输出端接超声波电机Ｍ１，速度位置传感器Ｍ２的输入信号取自超声波传感器Ｍ１，输出端接ＤＳＰ芯片５的输入端。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术是一种对超声波电机进行控制的装置，尤其是一种采用数字信号处理芯片(DSP)芯片及电源跟踪技术的线性控制器。超声波电机作为控制元件，由于其内部结构的特殊性，利用精确的理论模型求取传递函数的传统控制方法的其难度比大。例如等效电路法，就等效电路而言其参数的确定一直是超声波电机研究的难题。现在，在超声波电机控制方面往往采用人工神经网络、模糊控制法等现代控制方法，解决数学建模的难题。但这些控制方法软件相对复杂，对控制系统的运算性能要求高，一般的单片机难以达到要求，PC机尽管可以胜任，但对于产业化而言可行性不高。随着半导体工艺的发展，新型控制芯片DSP和可编程逻辑器件CPLD的普遍应用，使得研制脱离PC机的高性能的超声波电机控制器成为可能。现在通常运用ANSYS等有限元软件对于超声波电机的结构分析，其模态分析和谐响应分析得出的为单一频率下的结果，不考虑谐波分量。在普遍采用的逆变升压驱动电路，其结构简单实用，但驱动信号中则含有相当比重的谐波分量。即使利用升压变压器阻抗匹配，使驱动信号变为正弦波，但因其原理为串联谐振，当电机温度升高阻抗参数变化时，使得加在电机上的驱动电压的波形和幅值发生变化。对于的高精度闭环控制系统而言，其输出量应当具有明确的一一对应关系，显然上种电路则有一定的缺陷。三、
技术实现思路
1、技术问题本专利技术的目的是提供一种功耗低、具有自动调频、调相和调压功能的基于数字信号处理芯片的超声波电机线性驱动控制器。2、技术方案一种基于数字信号处理芯片的超声波电机线性驱动控制器，其特征在于该控制器包括直流调压电路、功率电压放大电路、正弦波函数发生电路、数字压控振荡器、DSP芯片、速度位置传感器，其中，DSP芯片的输出端分别接直流调压电路、正弦波函数发生电路、数字压控振荡器的输入端，数字压控振荡器的输出端接正弦波函数发生电路的输入端，正弦波函数发生电路和直流调压电路的输出端分别接功率电压放大电路的输入端，功率电压放大电路的输出端接超声波电机，速度位置传感器的输入信号取自超声波传感器，输出端接DSP芯片的输入端，直流调压电路由MOS开关管、电感线圈、滤波电容C5及续流二极管D5所组成，直流调压电路的输入端即MOS开关管的栅极与DSP芯片的输出端即集成电路的输出端“T1PWM”相接；直流调压电路的输出端即电感线圈与功率电压放大电路的输入端即晶体管的集电极相接，正弦波函数发生电路由集成电路U3～U11所组成，其输入端即相位控制信号锁存器U3、电压控制信号锁存器U4的“A0～A7”端以及2～4译码器U5的“A0～A1”端与DPS芯片的输出端即“D0～D7”以及“A0～A1”端相接；正弦波函数发生电路的输出端即D/A变换器U11的输出端“O1、O2”与功率电压放大电路的输入端即晶体“Q1～Q4”的基极相接，数字压控振荡器由数字压控振荡器电路U2组成，其输入端“SPI”与DSP芯片U1的“SPI”端相接，其输出端“CLROUT”与正弦波函数发生电路中的A相计数器U6及B相计数器U7的“CLK”端相接，并通过反相器U10连接到A相EPROM存储器U8和B相EPROM存储器U9的CLK端，功率电压放大电路由晶体管Q1～Q4、变压器T1、T2、电容器C1～C4所组成，晶体管Q1、Q2的基极相连通过电容器C3作为一个输入端，晶体管Q3、Q4的基极相连通过电容器C4作为另一个输入端，晶体管Q1、Q2的输出端通过变压器T1与超声波电机的输入端相接，晶体管Q3、Q4的输出端通过变压器T2与超声波电机的另一输入端相接，速度位置传感器的输入信号取自超声波电机，速度位置传感器的输出端接DSP芯片U1的“QEP”端。3、技术效果本专利技术利用D/A变换得到两相小信号正弦波，再经信号放大以驱动电机。对于降低电路功耗，则采用电源跟踪技术和并联阻抗匹配技术。电路具有根据电机运行状态自动调频、调相和调压功能。图2是本专利技术的电路原理图。五、具体实施方案本专利技术的基于DSP的超声波电机线性驱动控制器，包括直流调压电路1、功率电压放大电路2、正弦波函数发生电路3、数字压控振荡器4、DSP芯片5、速度位置传感器M2，其中，DSP芯片5的输出端分别接直流调压电路1、正弦波函数发生电路3、数字压控振荡器4的输入端，数字压控振荡器4的输出端接正弦波函数发生电路3的输入端，正弦波函数发生电路3和直流调压电路1的输出端分别接功率电压放大电路2的输入端，功率电压放大电路2的输出端接超声波电机M1，速度位置传感器M2输入信号取自超声波电机M1的输出端接DSP芯片5的输入端。本专利技术电路中的主要元件为M1 行波形超声波电机 M2速度位置传感器T1 A相升压变压器 T2B相升压变压器Q1 A相NPN功率管 Q3B相NPN功率管Q2 A相PNP功率管 Q4B相PNP功率管C5 滤波电容 L1滤波电感D5 肖特基二级管 Q5MOS开关管D(1-4) 整流桥S 交流电源U1 DSP芯片 U2数字压控振荡器U3 相位控制信号锁存器U4电压控制信号锁存器U6 A相计数器 U7B相计数器U8 A相EPROM存储器U9B相EPROM存储器U10反相器U52-4译码器U11D/A变换器直流调压电路1由MOS开关管Q5及电感线圈L1所组成，直流调压电路1的输入端即MOS开关管Q5的栅极与DSP芯片5的输出端即集成电路U1的输出端“T1PWM”相接；直流调压电路1的输出端即电感线圈L1与功率电压放大电路2的输入端即晶体管Q1的集电极相接，正弦波函数发生电路3由集成电路U3～U11所组成，其输入端即相位控制信号锁存器U3、电压控制信号锁存器U4的“A0～A7”端以及2～4译码器U5的“A0～A1”端与DPS芯片5的输出端即“D0～D7”以及“A0～A1”端相接；正弦波函数发生电路3的输出端即D/A变换器U11的输出端“O1、O2”与功率电压放大电路2的输入端即晶体“Q1～Q4”的基极相接，数字压控振荡器4由数字压控振荡器电路U2组成，其输入端“SPI”与DSP芯片U1的“SPI”端相接，其输出端“CLROUT”与正弦波函数发生电路3中的A相计数器U6及B相计数器U7，并通过反相器U10连接到A相EPROM存储器U8、B相EPROM存储器U9的“CLK”端相接，功率电压放大电路2由晶体管Q1～Q4、变压器T1、T2、电容器C1～C4所组成，晶体管Q1、Q2的基极相连通过电容器C3作为一个输入端，晶体管Q3、Q4的基极相连通过电容器C4作为另一个输入端，晶体管Q1、Q2的输出端通过变压器T1超声波电机M1的输入端相接，晶体管Q3、Q4的输出端通过变压器T2与超声波电机M1的另一输入端相接，速度位置传感器M2的输入信号取自超声波电机M1，速度位置传感器M2的输出端接DSP芯片U1的“QEP”端。先请参见附附图说明图1，本专利技术控制部分的核心为DSP芯片，它通过正弦波函数发生电路实现对驱动信号的频率、相位和幅值的改变，从而控制电机的运行状态。考虑到电路的工作效率，本专利技术的驱动部分则通过直流调压器电路和功率电压放大电路，利用电源跟踪技术和并联谐振技术，驱动电机，降低整个控制器的功耗。附图2所示行波形超声波电机M1的驱动电压要求为两相正弦波，为了达到可用多种手段控制的目的，要求两相相位差本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于数字信号处理芯片的超声波电机线性驱动控制器，其特征在于该控制器包括直流调压电路（１）、功率电压放大电路（２）、正弦波函数发生电路（３）、数字压控振荡器（４）、ＤＳＰ芯片（５）、速度位置传感器（Ｍ２），其中，ＤＳＰ芯片（５）的输出端分别接直流调压电路（１）、正弦波函数发生电路（３）、数字压控振荡器（４）的输入端，数字压控振荡器（４）的输出端接正弦波函数发生电路（３）的输入端，正弦波函数发生电路（３）和直流调压电路（１）的输出端分别接功率电压放大电路（２）的输入端，功率电压放大电路（２）的输出端接超声波电机（Ｍ１），速度位置传感器（Ｍ２）的输入信号取自超声波电机（Ｍ１），输出端接ＤＳＰ芯片（５）的输入端。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：胡敏强，王心坚，顾菊平，金龙，秦申蓓，莫岳平，徐志科，何小虎，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：84[中国|南京]