一種四自由度超聲電機驅(qū)動電路的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及一種電機驅(qū)動電路，特別涉及一種超聲電機驅(qū)動系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]超聲電機(ultrasonic motor，USM)是一種新型電機，它利用壓電陶瓷的逆壓電效應(yīng)和超聲振動，將彈性材料(定子)的微變形通過共振放大和摩擦耦合轉(zhuǎn)換成轉(zhuǎn)子或滑塊的宏觀運動。與傳統(tǒng)電磁電機相比，超聲電機具有慣性小、響應(yīng)快、不受磁場影響且其本身也不產(chǎn)生磁場的特點;此外，它還有重量輕、結(jié)構(gòu)簡單、噪聲小、低速大扭矩以及可直接驅(qū)動負載等優(yōu)點。超聲電機目前已應(yīng)用于宇宙飛船、火星探測器、導(dǎo)彈、核彈頭等航空航天工程和軍事領(lǐng)域，以及自動調(diào)焦鏡頭和石英表等民用領(lǐng)域。超聲波電機的參數(shù)時刻變化，系統(tǒng)呈現(xiàn)高度非線性，可見超聲波電機是復(fù)雜的多變量、強耦合、時變系統(tǒng)。因此，超聲波電機的性能不僅僅取決于電機自身結(jié)構(gòu)的好壞，在很大程度上還取決于其驅(qū)動控制系統(tǒng)的優(yōu)劣。并且由于超聲波電機呈現(xiàn)容性特性，這就決定了超聲波電機驅(qū)動器的設(shè)計完全不同于呈電感性的傳統(tǒng)電磁型電機的驅(qū)動器設(shè)計。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]發(fā)明目的:針對上述現(xiàn)有技術(shù)，提出一種四自由度超聲電機驅(qū)動電路，適應(yīng)于基于壓電陶瓷平面內(nèi)應(yīng)變的多自由度超聲電機，能夠輸出獨立的四路超聲電機驅(qū)動信號。
[0004]技術(shù)方案:一種四自由度超聲電機驅(qū)動電路，包括編碼器、數(shù)字電位器、DSP模塊、FPGA模塊、四個數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊、四個低通濾波模塊以及四個運算放大模塊;所述編碼器的輸出端連接DSP模塊的輸入端，所述DSP模塊的輸出端連接數(shù)字電位器以及FPGA模塊的輸入端，所述數(shù)字電位器的四路輸出端分別連接一個數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊的基準信號端，所述FPGA模塊的四路輸出端分別連接對應(yīng)的一個數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊的信號端，所述四個數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊的輸出端分別通過一個低通濾波模塊連接到一個運算放大模塊，所述四個運算放大模塊的輸出端輸出四路驅(qū)動激勵信號。
[0005]進一步的，所述運算放大模塊采用輸出信號幅值為450V，閉環(huán)放大倍數(shù)為60，最高頻率為120kHz的高壓運算放大器。
[0006]有益效果:本實用新型的四自由度超聲電機驅(qū)動電路，適應(yīng)于基于壓電陶瓷平面內(nèi)應(yīng)變的多自由度超聲電機，該種電機的驅(qū)動需要四路獨立的驅(qū)動信號，這是由于該種超聲電機的運動是依靠壓電陶瓷在垂直電軸平面內(nèi)的應(yīng)變產(chǎn)生的振動。本實用新型的四自由度超聲電機驅(qū)動電路通過DSP模塊根據(jù)實際控制需求得到四路驅(qū)動信號的幅值、頻率及相位要求后，通過FGPA模塊獲得四路獨立的驅(qū)動信號，通過信號處理及放大后用于基于壓電陶瓷平面內(nèi)應(yīng)變的四自由度超聲電機驅(qū)動。
【附圖說明】
[0007]圖1為一種四自由度超聲電機驅(qū)動電路結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實施方式】
[0008]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明做更進一步的解釋。
[0009]如圖1所示，一種四自由度超聲電機驅(qū)動電路，包括數(shù)字電位器、DSP模塊、FPGA模塊、四個數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊、四個低通濾波模塊以及四個運算放大模塊。編碼器的輸出端連接DSP模塊的輸入端，DSP模塊的輸出端連接數(shù)字電位器以及FPGA模塊的輸入端。數(shù)字電位器的四路輸出端分別連接一個數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊的基準信號端，F(xiàn)PGA模塊的四路輸出端分別連接對應(yīng)的一個數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊的信號端，四個數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊的輸出端分別通過一個低通濾波模塊連接到一個運算放大模塊。
[0010]其中，編碼器用于檢測四自由度超聲電機的動子速度信號并發(fā)送至DSP模塊。DSP模塊接收外部控制信號并根據(jù)四自由度超聲電機的動子速度得到最終輸出的四路控制信號的幅值信號、頻率信號以及相位信號，該過程的具體實現(xiàn)方法已有諸多文獻公開，并非本實用新型的創(chuàng)造。幅值信號發(fā)送至數(shù)字電位器，頻率信號和相位信號發(fā)送至DSP模塊。數(shù)字電位器用于根據(jù)接收到的幅值信號作分別輸入到四個數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊的基準信號端。FPGA模塊根據(jù)接收到的頻率信號和相位信號得到用于控制四自由度超聲電機的四路正弦波信號，并分別發(fā)送至對應(yīng)的一個數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊的信號端。四個數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊用于分別將接收到的正弦波信與幅值信號作比較后得到階梯正弦波信號，并分別發(fā)送至一個低通濾波器。通濾波器用于濾除接收到的階梯正弦波信號中的諧波信號后，經(jīng)運算放大模塊放大處理，得到四路驅(qū)動激勵信號。
[0011]其中，運算放大模塊采用輸出信號幅值為450V，閉環(huán)放大倍數(shù)為60，最高頻率為120kHz的高壓運算放大器。改用該種運算放大器能夠拓展最后輸出驅(qū)動信號的頻率范圍，及提高其輸出電流的驅(qū)動能力。經(jīng)過試驗得到，該驅(qū)動電路的驅(qū)動信號輸出頻率最高可達120kHz，適用于基于壓電陶瓷平面內(nèi)應(yīng)變的多自由度超聲電機的驅(qū)動要求;并且DSP模塊能夠獨立調(diào)整任意兩路激勵驅(qū)動信號之間的相位差，從而能夠?qū)崿F(xiàn)超聲電機的多自由度運動。
[0012]此外，作為上述驅(qū)動電路的進一步改進，可通過引入頻分復(fù)用電路及高速數(shù)模轉(zhuǎn)換電路來簡化電路。即通過頻分復(fù)用電路連接FPGA的四路輸出，通過頻分復(fù)用技術(shù)選通一路信號是高數(shù)數(shù)模轉(zhuǎn)換電路進行轉(zhuǎn)換，此改進簡化了上述驅(qū)動電路，大大減小了驅(qū)動電路的體積。
[0013]以上所述僅是本實用新型的優(yōu)選實施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本實用新型原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應(yīng)視為本實用新型的保護范圍。
【主權(quán)項】
1.一種四自由度超聲電機驅(qū)動電路，其特征在于:包括編碼器、數(shù)字電位器、DSP模塊、FPGA模塊、四個數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊、四個低通濾波模塊以及四個運算放大模塊;所述編碼器的輸出端連接DSP模塊的輸入端，所述DSP模塊的輸出端連接數(shù)字電位器以及FPGA模塊的輸入端，所述數(shù)字電位器的四路輸出端分別連接一個數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊的基準信號端，所述FPGA模塊的四路輸出端分別連接對應(yīng)的一個數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊的信號端，所述四個數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊的輸出端分別通過一個低通濾波模塊連接到一個運算放大模塊，所述四個運算放大模塊的輸出端輸出四路驅(qū)動激勵信號。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種四自由度超聲電機驅(qū)動電路，其特征在于:所述運算放大模塊采用輸出信號幅值為450V，閉環(huán)放大倍數(shù)為60，最高頻率為120kHz的高壓運算放大器。
【專利摘要】本實用新型公開了一種四自由度超聲電機驅(qū)動電路，包括編碼器、數(shù)字電位器、DSP模塊、FPGA模塊、四個數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊、四個低通濾波模塊以及四個運算放大模塊。點驅(qū)動電路適應(yīng)于基于壓電陶瓷平面內(nèi)應(yīng)變的多自由度超聲電機，該種電機的驅(qū)動需要四路獨立的驅(qū)動信號，本實用新型的四自由度超聲電機驅(qū)動電路通過DSP模塊根據(jù)實際控制需求得到四路驅(qū)動信號的幅值、頻率及相位要求后，通過FGPA模塊獲得四路獨立的驅(qū)動信號，通過信號處理及放大后用于基于壓電陶瓷平面內(nèi)應(yīng)變的四自由度超聲電機驅(qū)動。
【IPC分類】H02N2/14
【公開號】CN205336154
【申請?zhí)枴緾N201620010551
【發(fā)明人】蘇勛濤
【申請人】江蘇紫金東方超聲電機有限公司
【公開日】2016年6月22日
【申請日】2016年1月7日