一种带低频控制的对称ＰＷＭ控制信号发生器制造技术

本发明专利技术涉及一种带低频控制的对称ＰＷＭ控制信号发生器，包括对称ＰＷＭ控制信号发生电路，产生Ａ相的两路高频信号与Ｂ相的两路高频信号，该信号发生器还包括一个由ＣＰＬＤ实现、与所述对称ＰＷＭ控制信号发生电路一体构成的低频调制电路，该低频调制电路有两组输入端，一组输入端连接所述对称ＰＷＭ控制信号发生电路的输出端，接收对称ＰＷＭ控制信号发生电路产生的高频信号，另一组输入端连接用于产生低频信号的ＤＳＰ的输出端口，接收该输出端口产生的低频信号，所述低频调制电路输出调制后的控制信号，分别对应输入的高频信号。采用本发明专利技术的信号发生器，电路控制简单、高度集成、稳定性高、响应能力强。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及PWM (脉冲宽度控制)
，尤其涉及一种应用于超声波电机对称 驱动控制系统的高低频PWM控制信号发生器。
技术介绍
超声波电机驱动电路有多种不同的结构形式，推挽式驱动电路是其中一种，由于 成本低、可靠性高，该种驱动电路结构具有广阔的应用前景。超声波电机推挽式驱动电路的基本结构如图13所示，推挽电路与超声波电机直 接相连，实现电压幅值放大，并利用变压器次级绕组与超声波电机的容性压电陶瓷片构成 谐振，滤除方波驱动电压中的谐波成分，实现近似的正弦波驱动。图中的超声波电机为两相 超声波电机，故需要A，B两相推挽电路。超声波电机驱动中实际应用的两相推挽电路如图 14所示，图中USM表示超声波电机，U1、U2为驱动芯片IR4427，A相推挽电路由开关管Q1、 Q2构成，B相推挽电路由开关管Q3、Q4构成。对称PWM控制信号发生器应产生两相互差一 定角度(可调节)的PWM信号，每相包含两路对称PWM信号。这两路对称PWM信号经驱动 放大环节生成的高频PWM信号控制一相推挽式电路中的上、下两个开关管动作，实现推挽 式驱动。这里所谓的“对称PWM信号”是指用于控制上、下两个开关管的两路PWM信号脉冲 宽度相同，相位互差180电角度。每相有两路控制信号。由于对超声波电机进行控制的需要，不仅要求图13中的对称PWM控制信号发生器 能够给出对称PWM控制信号，而且要求给出的对称PWM控制信号的频率、占空比(脉冲宽 度，对应于超声波电机驱动电压幅值)可以调节，两相四路PWM信号的相位差亦可调节；即 可调频、调幅、调相。对超声波电机输入驱动电压的幅值、频率、相位差等可控变量进行调节 可以实现其转速控制。仅调节单一可控变量难以实现较好的控制效果，而采用多变量控制 又存在多变量耦合现象、时变严重且在线寻优困难等问题。低频PWM控制作为一种新颖的 控制方法，通过控制超声波电机输入电压的通断或切换，实现对电机转速的有效控制。低频PWM控制的思想是，用频率低于驱动电压频率的PWM信号对驱动电压进行控 制，使电机输入端的驱动电压处于通断或是切换控制中。采用的是驱动电压的通断控制，其 它控制量都固定，使电机端驱动电压时断时续；有驱动电压作用时，电机正常旋转，无驱动 电压作用的时间段，电机靠惯性旋转。低频PWM控制有三种不同的控制方式。最基本的低频PWM控制是通断(0N/0FF)PWM控制，它使驱动电压时断时续，如图1 所示。当电机受到驱动电压激励时，电机接受电能并将其转换为机械能输出；当驱动电压被 切断时，电机依靠电机转子的机械惯性及压电陶瓷的压电惯性维持转子旋转。改变通断PWM 控制信号的占空比，就可以实现转速调节。通过改变电机输入端驱动电压的相位关系来实现电机正反转的低频PWM控制方 式称为正反转(F/B) PWM控制，其示意图如图2。在低频PWM控制信号为高电平时，输出驱 动电机正向旋转的电压；当PWM控制信号为低电平时，输出切换为驱动电机反向旋转的电4压。显然，改变PWM控制信号的占空比可以调节转速，而且易于实现电机正、反转的平滑切 换。占空比50%对应于电机转速为零的情况。上述两种方法结合的方式称为正反转停(F/B/S) PWM控制方式，其PWM控制信号 如图3所示，在一个PWM控制周期中包含了输出正转电压、反转电压及零电压的四个时间 段。其中，零电压时间长度固定，调节输出正转电压、反转电压的时间长度来实现控制。低频PWM控制策略需要同时给出可调节的低频和高频PWM控制信号，实现较为困 难。现有技术中对三种低频PWM控制方法，多采用模拟开关来实现对电机输入电压的通断 或切换，但是模拟开关控制电路复杂，采用分立元器件不利于电路的集成化和小型化，且器 件受温度等环境条件影响较大，系统的稳定性和响应能力也会相应降低；控制电路一旦形 成难以修改，成本高、应用具有极大的局限性。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种带低频控制的对称PWM控制信号发生器，用以解决现有 技术实现低频PWM控制电路复杂、集成度低、稳定性和响应能力低的问题。为实现上述目的，本专利技术的方案是一种带低频控制的对称PWM控制信号发生器， 包括对称PWM控制信号发生电路，产生A相的两路高频信号Al、A2与B相的两路高频信号 B1、B2，该信号发生器还包括一个由CPLD实现、与所述对称PWM控制信号发生电路一体构成 的低频调制电路，该低频调制电路有两组输入端，一组输入端连接所述对称PWM控制信号 发生电路的输出端，接收对称PWM控制信号发生电路产生的高频信号A1、A2、B1、B2，另一组 输入端连接用于产生低频信号的DSP的输出端口，接收该输出端口产生的低频信号，所述 低频调制电路输出调制后的控制信号Al’、A2’、ΒΓ、B2’，分别对应输入的高频信号。本专利技术的信号发生器，电路控制简单、高度集成、稳定性高、响应能力强。所述低频调制电路为由CPLD实现的逻辑电路。所述低频调制电路包括一个通断 控制电路，该通断控制电路由四个两输入与门构成，每个与门的输出端对应A相或者B相的 一路控制信号(Al’、A2’、ΒΓ、B2’)，每个与门的一个输入端共同连接所述产生低频信号的 DSP的输出端口，接收该DSP产生的通断使能信号，每个与门的另一个输入端分别连接所述 对称PWM控制信号发生电路的对应输出端，接收对应的高频信号(A1、A2、B1、B2)。所述低 频调制电路包括一个正反转控制电路，该正反转控制电路包括接收A相与B相的高频信号， 产生对应相的控制信号；对于对应相的一路控制信号，需要三个输入信号与一个输出信号，设三个输入信号依次为X，C，Y，输出信号为Z，逻辑单元实现的逻辑为 Z=XC+YC ；所述输入信号C为所述DSP输出的一个对应相的正反转使能信号，所述输入信号X、Y依次表 示对应相的两路高频信号，所述输出信号Z表示对应相的一路控制信号。所述低频调制电 路包括一个正反转停控制电路，该正反转停控制电路接收A相与B相的高频信号，产生对应 相的控制信号；对于对应相的一路控制信号，需要四个输入信号与一个输出信号，设四个输 入信号依次为X、Y、C、D，输出信号为Z，逻辑单元实现的逻辑为2=1)|21+免)；所述输入 信号C、D分别为所述DSP输出的一个正反转使能信号与一个通断使能信号，所述输入信号 X、Y依次表示对应相的两路高频信号，所述输出信号Z表示对应相的一路控制信号。所述正 反转控制电路，设置在A相或者B相的高频信号输出端，另一相的高频信号直接作为控制信5号输出，所述正反转控制电路包括两个相同的逻辑单元，该逻辑单元由两个两输入与门、一 个非门与一个两输入或门构成，第一与门的一个输入端接收所述A相或者B相的一路高频 信号，第二与门的一个输入端接收所述同一相的另一路高频信号，第一与门的另一个输入 端与一个非门的输入端、所述DSP的正反转使能信号输出端相连，非门的输出端连接第二 与门的另一个输出端，两与门的输出端分别连接或门的两输入端，或门的输出端连接所述 信号发生器同一相的一路控制信号的输出端，该路控制信号与第一与门的输入高频信号对 应。所述正反转停控制电路由一个通断控制电路与一个正反转控制电路组合构成；所述通 断控制电路连接在产生高频信号的对称PWM信号发生电路和所本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种带低频控制的对称ＰＷＭ控制信号发生器，包括对称ＰＷＭ控制信号发生电路，产生Ａ相的两路高频信号（Ａ１、Ａ２）与Ｂ相的两路高频信号（Ｂ１、Ｂ２），其特征在于，该信号发生器还包括一个由ＣＰＬＤ实现、与所述对称ＰＷＭ控制信号发生电路一体构成的低频调制电路，该低频调制电路有两组输入端，一组输入端连接所述对称ＰＷＭ控制信号发生电路的输出端，接收对称ＰＷＭ控制信号发生电路产生的高频信号（Ａ１、Ａ２、Ｂ１、Ｂ２），另一组输入端连接用于产生低频信号的ＤＳＰ的输出端口，接收该输出端口产生的低频信号，所述低频调制电路输出调制后的控制信号（Ａ１’、Ａ２’、Ｂ１’、Ｂ２’），分别对应输入的高频信号。

【技术特征摘要】
一种带低频控制的对称PWM控制信号发生器，包括对称PWM控制信号发生电路，产生A相的两路高频信号(A1、A2)与B相的两路高频信号(B1、B2)，其特征在于，该信号发生器还包括一个由CPLD实现、与所述对称PWM控制信号发生电路一体构成的低频调制电路，该低频调制电路有两组输入端，一组输入端连接所述对称PWM控制信号发生电路的输出端，接收对称PWM控制信号发生电路产生的高频信号(A1、A2、B1、B2)，另一组输入端连接用于产生低频信号的DSP的输出端口，接收该输出端口产生的低频信号，所述低频调制电路输出调制后的控制信号(A1’、A2’、B1’、B2’)，分别对应输入的高频信号。2.根据权利要求1所述的一种带低频控制的对称PWM控制信号发生器，其特征在于，所 述低频调制电路为由CPLD实现的逻辑电路。3.根据权利要求1所述的一种带低频控制的对称PWM控制信号发生器，其特征在于，所 述低频调制电路包括一个通断控制电路，该通断控制电路由四个两输入与门构成，每个与 门的输出端对应A相或者B相的一路控制信号(Al’、A2’、ΒΓ、B2’)，每个与门的一个输入 端共同连接所述产生低频信号的DSP的输出端口，接收该DSP产生的通断使能信号，每个与 门的另一个输入端分别连接所述对称PWM控制信号发生电路的对应输出端，接收对应的高 频信号(A1、A2、B1、B2)。4.据权利要求1所述的一种带低频控制的对称PWM控制信号发生器，其特征在于， 所述低频调制电路包括一个正反转控制电路，该正反转控制电路包括接收A相与B相 的高频信号，产生对应相的控制信号；对于对应相的一路控制信号，需要三个输入信号 与一个输出信号，设三个输入信号依次为X，C，Y，输出信号为Z，逻辑单元实现的逻辑为Z=XC+VC ；所述输入信号C为所述DSP输出的一个对应相的正反转使能信号，所述输入信号x、Y依次表示对应相的两路高频信号，所述输出信号Z表示对应相的一路控制信号。5.根据权利要求1所述的一种带低频控制的对称PWM控制信号发生器，其特征在 于，所述低频调制电路包括一个正反转停控制电路，该正反转停控制电路接收A相与B相 的高频信号，产生对应相的控制信号；对于对应相的一路控制信号，需要四个输入信号与 一个输出信号，设四个输入信号依次为X、Y、C、D，输出信号为Z，逻辑单元实现的逻辑为 Z = D(XC-YC)；所述输入信号C、D分别为所述DSP输出的一个正反转使能信号与一个 通断使能信号，所述输入信号Χ、γ依次表示对应相的两路高频信号，所述输出信号Z表示对 应相的一路控制信号。6.根据权利要求4所述的...

【专利技术属性】
技术研发人员：史敬灼，王海彦，许颜颜，何谷慧，马秋杰，
申请(专利权)人：河南科技大学，
类型：发明
国别省市：41[中国|河南]