[发明专利]行波超声电机优化振动模态的协调控制方法

说明书

本发明一种行波超声电机优化振动模态的协调控制方法，包括第一步，设置H桥驱动电路的初始驱动电压和初始相位；第二步，采集当前振动周期内的行波超声电机的输出电压和输出电流，获取行波超声电机的两相定子振动模态；第三步，计算当前振动周期的行波超声电机的两相定子振动模态的幅值差与相位差；第四步，计算下一个振动周期两个H桥驱动电路的驱动电压占空比；第五步，计算下一个振动周期B相H桥驱动电路的驱动电压相位；第六步，将下一个振动周期的两个H桥驱动电路的驱动电压占空比和控制行波超声电机B相的H桥驱动电路的驱动电压相位作为各自H桥驱动电路的输入。通过协同控制两个H桥驱动电路的驱动电压控制行波超声电机的两相电压。

技术领域

本发明涉及电机模态控制技术领域，具体是一种行波超声电机优化振动模态的协调控制方法。

背景技术

行波超声电机(缩写为TWUSM)是一种微型电机，它是利用逆压电效应将定子的微观振动依靠摩擦力转化为转子的宏观转动，具有结构简单，体积小，转矩密度大，响应快速等特点，适用于低速大转矩场合，被广泛运用于医疗、航天、精密仪器仪表等领域。

TWUSM的工作原理是，通过给空间正交的两相压电振子施加两相互差π/2的等幅高频正弦电压激发两相正交的振动模态，进而在定子中合成行波并驱使定子表面质点的椭圆运动，从而对以一定预压力压在定子表面的转子产生驱动摩擦。

然而，由于制作工艺、环境温度、磨损以及电机本体的严重非线性等原因无法实现TWUSM两相定子参数的严格对称，因此对于两相严格等幅正交的激励电压无法产生两相严格等幅正交的振动模态，进而导致TWUSM的输出精度降低，损耗增大。因此，需要一种控制方法对TWUSM两相振动模态进行控制，以改善TWUSM的行波及其驱动特性，进而提高TWUSM的控制性能。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明拟解决的技术问题是，提供一种行波超声电机优化振动模态的协调控制方法。

本发明解决该技术问题所采用的技术方案是：

一种行波超声电机优化振动模态的协调控制方法，其特征在于，该方法的具体步骤是：

第一步，设置H桥驱动电路的初始驱动电压和初始相位差；

第二步，采集当前振动周期内的行波超声电机的输出电压和输出电流，获取当前振动周期内行波超声电机的两相定子振动模态；

第三步，按照公式(3)和公式(4)计算当前振动周期的行波超声电机的两相定子振动模态的幅值差ΔG(i)与相位差

ΔG(i)＝G_A(i)-G_B(i) (3)

式中，N为当前振动周期内获取的行波超声电机两相定子转动模态的序列数；G_A(i)、idx_A(i)分别为当前振动周期内行波超声电机A相定子振动模态的振幅及对应的时间位置；G_B(i)、idx_B(i)分别为当前振动周期内行波超声电机B相定子振动模态的振幅及对应的时间位置；

第四步，以行波超声电机的两相定子振动模态呈等幅正交为控制目标，根据第三步得到的当前振动周期的行波超声电机的两相定子振动模态的幅值差ΔG(i)以及当前振动周期内两个H桥驱动电路的占空比，按照公式(5)计算下一个振动周期两个H桥驱动电路的驱动电压d_A(i+1)、d_B(i+1)；

其中，d_A(i)、d_B(i)分别为当前振动周期的两个H桥驱动电路的占空比；k_p1、k_i1分别为控制占空比的PI迭代学习控制器的比例系数和积分系数；以时间dt为积分变量；