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1、2010年第43卷第9期两相行波超声波电机的转速和位置伺服控制王海彦,史敬灼(河南科技大学自动化系,洛阳471003)摘要:采用频率、电压幅值双变量复合控制策略,对行波超声波电机进行速度控制,并在此基础上设计并实现了位置伺服控制。系统中所有控制器均为PID控制,并根据需要在转速起动控制中采用PID控制参数自适应调节,以提高系统鲁棒性。实验表明,控制方法简单、有效。关键词:行波超声波电机;速度控制;伺服控制中图分类号:TM35919;TP275文献标志码:A文章编号:100126848(2010)0920062204SpeedandPositionServoControl
2、ofTravelingWaveUltrasonicMotorWANGHai2yan,SHIJing2zhuo(HenanUniversityofScienceandTechnology,Luoyang471003,China)Abstract:Acompoundspeedcontrollerwasdesignedfortravellingwaveultrasonicmotorinthispaper.Thecontrollerusestwovariables,frequencyandvoltageamplitude,asthecontrolvariables.Andthe
3、n,basedonthisspeedcontroller,thepositionservocontrolwasdesignedandrealized.AllcontrollersinthissystemarePIDcontrollers.Toimprovetherobustness,adaptivePIDcontrolmethodwasusedinstartingcontrolaccordingtothemotorpsnonlinearcharacteristics.Experimentsshowthatthecontrolsystemandthecontrolmeth
4、odaresimpleandeffective.KeyWords:Travelingwaveultrasonicmotor;Speedcontro;lServocontrol的实验装置上实现了超声波电机转速和位置闭环控0引言制,实验表明,控制方法简单,设计正确,效果两相行波超声波电机是产业化应用最多的一种良好。[1]超声波电机。随着应用领域的不断拓展,对其转1转速和位置伺服控制设计速和位置控制不断提出更高的要求。然而由于超声波电机本体固有的高度非线性和强耦合性,其伺服111控制系统结构控制研究具有较大难度。虽然目前几乎所有曾经应图1为本文所设计的转速和位置多变量复合控用
5、于传统电磁电机的控制方法,如模糊神经网络、制系统结构框图。超声波电机的运行性能与其驱动模糊自适应、模型参考自适应、滑模控制等,都己电路的结构和工作方式密切相关,本文所述系统采[123]有应用于超声波电机的尝试,但普遍存在着控制[4]用自行设计的两相H桥相移PWM驱动电路;与精度低和/或控制算法复杂的缺点。在充分考虑超声应用广泛的推挽式驱动电路相比,该驱动电路具有波电机不同于电磁电机的特殊运行机理与控制非线更好的控制线性度。性特征的前提下,研究其相对简单而且有效的伺服该控制系统设计为电压幅值-转速-位置三闭控制算法,对于推动超声波电机的产业化应用十分环结构。内环为两相驱动
6、电压幅值的闭环控制,在必要。改善电机端两相电压幅值不一致性的同时,实现电本文设计了采用频率与电压幅值两个可控变量压幅值的实时调节。该环之外依次是转速环和位置的超声波电机转速复合控制策略,并在此基础上,环。转速环包含分别采用电压幅值和频率作为控制设计了位置伺服控制器,所有控制器均采用PID控变量的两个转速控制器:电压-转速控制器和频率制,并在电机起动控制中设计了PID参数自适应调-转速控制器。频率-转速控制器是用来快速完成节环节以解决电机起动困难问题。本文在基于DSP转速的大范围调节,提高响应速度。电压-转速控收稿日期:2009210218基金项目:河南省基础与前沿技术研
7、究计划(092300410164)#62#两相行波超声波电机的转速和位置伺服控制王海彦,等制器调节电压幅值,实现转速微调,消除稳态误差。方法。实验表明,对应于不同转速给定值的超声波设定误差阈值E,当转速控制误差大于E时,由频电机起动特性不同,因而设计了控制参数自适应调率-转速控制器进行控制;小于或等于E时,转为节的PID控制器用于转速起动控制,以提高系统鲁电压-转速控制器进行转速微调。电机起动过程中棒性。其中,参数自适应调节由离线训练的神经网转速误差较大,按上述控制规则,应采用频率控制络实现。图1转速和位值闭环控制结构框图在转速闭环控制之
