[发明专利]一种基于音频功放的超声电机驱动控制器

说明书

本发明公开了一种基于音频功放的超声电机驱动控制器，包括晶振、嵌入式微处理器、正弦信号发生器、功放匹配电路、正反转开关、速度调节开关、电流反馈电路、电压反馈电路、编码器和电源模块，晶振发出的时钟信号经过嵌入式微处理器中的ePWM时钟单元分别分配至三个ePWM模块。其通过微处理器内部模块实现连续实时的频率信号调节，达到了对超声电机高性能、高稳定性的控制目标，并且通过对嵌入式微处理器的编程实现电机驱动控制器与上位机进行通信，从而可以实现远程控制指令的接收和电机运行状态的实时监控。电机驱动器能量转化效率较高，控制电路结构相对简单，成本较低，更有利于驱动电路的集成化，小型化。

技术领域

本发明涉及超声电机驱动控制领域，尤其涉及一种基于音频功放的超声电机驱动控制器，能够实现高性能、高精度转速稳定性的硬件配置和与之相匹配的控制方法。

背景技术

超声电机是一种新型电机，它利用了压电材料的逆压电效应，在压电材料上施加交流信号产生交变电场，进而激发出压电材料在超声频段内的振动，并将这一振动放大，通过摩擦作用转换为电机转子的运动，作为功率输出并驱动其他负载。与传统电机相比，超声电机具有低转速、大力矩、响应速度快、断电自锁、无电磁干扰等优点。因此，超声电机在航空航天、仿生机械、医疗器械等领域得到广泛应用。

超声电机的响应速度与响应精度也相比电磁电机有很大的提高，由于特殊的驱动机理使得超声电机的响应时间相较于电磁电机而言有很大提高，响应速度可以提高到0.01s以内，并且由于摩擦力的存在，超声电机的位置精度也相较于电磁电机得到很大的提高。

超声电机需要由两路正交相位的超声频段的交流信号来驱动工作。现阶段主流的超声电机驱动方案是PWM逆变式驱动方案。该方案通过分频分相电路和功放电路产生正交的高压方波信号，并通过匹配电路滤波产生两路正交的正弦信号。PWM逆变式驱动方案有谐波分量大、难以调压等问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对背景技术中所涉及到的缺陷，提供一种基于音频功放的超声电机驱动控制器。

本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：

一种基于音频功放的超声电机驱动控制器，包含正反转开关、速度调节开关、电流反馈电路、电压反馈电路、编码器、晶振、嵌入式微处理器、正弦信号发生器、功放匹配电路和电源模块，所述嵌入式微处理器分别和所述正反转开关、速度调节开关、电流反馈电路、电压反馈电路、编码器、晶振、正弦信号发生器的输入侧电气相连，所述正弦信号发生器的输出侧通过所述功放匹配电路和待驱动的超声电机相连；所述晶振用于提供时钟信号给所述嵌入式微处理器；

所述嵌入式微处理器包含第一ePWM模块、第二ePWM模块、第三ePWM模块、运算单元、GPIO单元、ADC单元和eQEP单元；

所述第一ePWM模块用于根据晶振提供的时钟信号和接收到的第一频率产生正弦信号发生器时钟信号并将其传递给所述正弦信号发生器；

所述第二ePWM模块用于根据晶振提供的时钟信号和接收到的第二频率产生第一PWM波信号并将其传递给所述正弦信号发生器，所述第一PWM波信号频率与正弦信号发生器时钟信号的频率比为1:50；

所述第三ePWM模块用于根据晶振提供的时钟信号和接收到的第三频率产生第二PWM波信号并将其传递给所述正弦信号发生器，所述第二PWM波信号频率与正弦信号发生器时钟信号的频率比为1:50，且第二PWM波信号与第一PWM波信号相位差为90°；

所述正反转开关用于将正转或反转或停转的模拟信号输入至所述嵌入式微处理器；

所述电流反馈电路用于测量超声电机工作电流的模拟信号，并将其传递给所述嵌入式微处理器；

所述电压反馈电路用于测量超声电机的工作电压的模拟信号，并将其传递给所述嵌入式微处理器；