[发明专利]一种超声电机超低转速控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种超声电机的控制方法，具有良好的转速控制性能和精度。

背景技术

超声电机(USM)自上世纪80年代初问世以来，就以新颖的工作原理，独有的性能特点吸引了许多人对它的注意。超声电机凭借其体积小巧紧凑，重量轻，输出力矩密度大等特点，广泛应用于低速直接驱动机构，诸如光学镜头驱动装置，核磁共振仪等产品。

目前现有的方法主要是通过控制正弦波的频率来达到控制超声电机转速的目的，具体方法是通过调节通入压电陶瓷片的高压高频正弦波的频率来调节超声电机转速。根据超声电机的工作原理，正弦波频率在某一频段范围内，频率越高超声电机转速越低。在该频段外，正弦波频率过高和过低，超声电机定子的振动能量均不能传递给转子，导致超声电机转子不能正常转动，因此正弦波频率可调范围对应的超声电机转速工作范围只有10转/分～150转/分(60度/秒～900度/秒)。由于目前控制方法限制了超声电机调速范围，使其基本不能运行于60度/秒转速以下或是转速控制效果非常差，严重制约了超声电机的应用领域和范围。

另外，传统的超声电机控制方法均采用连续正弦波激励的方法，超声电机定子长时间处于连续高频振动状态并且通过摩擦材料与转子之间相互摩擦，导致超声电机发热严重，因此采用传统控制方法的超声电机不适于长时间连续工作。

发明内容

本发明解决的问题是：克服现有技术的不足，提供一种超声电机超低转速控制方法，可控制超声电机运行于超低转速，且具有良好的转速控制性能和精度，解决了现有控制方法制约超声电机调速范围小的问题。

本发明的技术解决方案是：一种超声电机超低转速控制方法，其特征在于步骤如下：

(1)建立间隔激励信号，并作为控制超声电机转速的超声电机激励信号，所述的间隔激励信号为周期信号，每一个周期内前段信号为正弦波激励信号，后段信号为零激励信号；正弦波激励信号采用激励信号频率和激励信号个数作为控制参数，零激励信号采用激励时间间隔作为控制参数，所述的激励时间间隔为零激励信号的持续时间；

(2)采用间隔激励信号控制超声电机旋转，记录超声电机转速与间隔激励信号中的三个控制参数之间的转换关系，形成参数转换映射表；

(3)接收转速指令，并通过查阅参数转换映射表，获得与该转速指令对应的间隔激励信号中的三个控制参数，作为修正前参数；

(4)求取实时监测的超声电机转速信号与转速指令之间的转速差，将转速差乘以修正参数后得到激励信号频率修正量；

(5)将步骤(4)得到的激励信号频率修正量与修正前参数中的激励信号频率做和，作为新的激励信号频率；将新的激励信号频率连同修正前参数中的激励信号个数和激励时间间隔一起作为修正后的超声电机控制参数，对超声电机的转速进行控制。

所述的参数转换映射表的建立方法为：根据超声电机转速范围进行转速分段，每一转速段下限转速所对应的激励信号频率、激励信号个数以及激励时间间隔作为超声电机在该转速段的最优控制参数，所有转速段及对应的最优控制参数构成参数转换映射表。

所述步骤(4)中修正参数的计算方法为：将相邻两转速段各自对应的激励信号频率之差除以对应的转速之差，并将结果的单位由度/秒转换为赫兹。

所述的转速分段方法为：1度/秒以上的转速按照每1度/秒分为一个转速段，1度/秒以下的转速按照每0.005度/秒分为一个转速段。

本发明与现有技术相比的优点在于：

1.本发明通过建立间隔激励信号，提出了激励信号频率、激励信号个数、激励时间间隔三个控制参数，通过设置激励时间间隔参数，微观上使超声电机不断地走走停停，宏观上可以有效降低超声电机最低工作转速，克服传统控制方法对超声电机最低工作转速的限制，实现超声电机超低转速控制。

2.本发明根据转速误差，可以实时修正控制参数，使超声电机具有很好的转速控制性能和精度，提高了超声电机控制系统的抗干扰能力。

3.本发明采用间断控制策略，降低了超声电机功耗，有效提高了超声电机的工作效率，进而降低了超声电机发热量，解决了超声电机长时间工作引起的发热问题。

附图说明

图1为本发明方法的原理框图。

图2为本发明超声电机激励信号示意图。

图3为采用本发明的超声电机运行于5度/秒时的转速实测曲线。

具体实施方式