基于单片机的超声电机驱动器研制+文献综述(4)
时间:2017-03-02 21:58 来源:毕业论文 作者:毕业论文 点击:次
本设计超声电机驱动器的要求： （1）.驱动器布局合理，本身发热小。 （2）.驱动器接不同电机时匹配性好。 （3）.驱动器a b 两相输出电压越接近越好，以保证正反转速度相近。 （4）.具有较宽的速度、扭矩调节范围且低速运行时具有可控性。 （5）.具有大的扭矩/质量比和尽可能小的体积。 （6）. 运动模式：连续、步进或者即可连续又可步进的 （7）. 温度控制，在电机或者驱动器上加温度传感器，当温度超过允许范围时自动报警，较适合电机磨合中。 （8）. 通讯接口：RS232。 本论文在理论分析的基础上，根据要求完成驱动器的设计，并给出各功能模块设计的过程及设计结果，对本次设计作一个较为详细的说明。 2 电机驱动设计方案的选择 超声波电机的工作频率在超声频段，一般在 20—100kHz 以内，因此高频信号源的设计就比较重要，本设计用到的行波型超声波电机的工作频率一般在35—50kHz 之间，信号源频率的改变直接影响到电机的运行，在一定的频率范围内可以通过调节频率来调节转速。 2.1 信号发生器电路 常见的信号发生源有多谐振荡器、压控振荡器和基于DDS的正弦信号源。多谢振荡器产生的方波信号需要一定处理后才能转换为正弦波，而压控振荡器和DDS能够直接产生正弦信号。 2.1.1 多谐振荡器 图 2-1 所示为由 555 定时器构成的多谐振荡器电路。该电路为常用的作为超声波电机驱动电路方波信号发生器电路，其输出频率波形的周期可表示为 因而时钟频率为： (2-2) 根据2-2可以看出，通过调整电位器 、 的值就可以改变振荡器的输出频率。 图2-1 555多谐振荡器 但是，通过手动调整电位器大小进而改变振荡器输出频率的方法难以实现电机的自动控制，而且多谐振荡器的输出频率有限难以完全覆盖超声波电机的工作频率。 2.1.2 压控振荡器 压控振荡器（Voltage Controlled Osicollator,VCO）即通过改变外部电压来控制整个电路的输出频率的器件。常见的压控振荡器芯片有CD4046、ICL8038 和 LM331 等[1]。ICL8038 信号发生器性能优异，是能产生较高精度的正弦、方波和三角波信号的单片集成电路。其输出信号频率范围可达 0.001Hz 到 300kHz，可通过外部电压信号控制不同频率的输出，改变外接电阻值还可控制输出方波信号的占空比，其基本电路原理图如图 2-2 所示，当 时，输出方波占空比为 50%。输出矩形波占空比可调范围较大，为2%—98%。输出正弦波时失真度小于1%。 图2-2 压控振荡器ICL8038 压控振荡器的工作直接与控制电压 有关，通过调整 的值来改变输出信号频率。 2.1.3 直接数字频率合成器 直接数字频率合成技术（Direct Digital Frequency Synthesis，缩写 DDS）采用全数字技术，从相位概念出发直接合成所需要波形。由C.M.Tader和J.Tierney两位美国学者在1971 年于 ADigital Frequency Synthesizer 一文中首次提出。DDS技术的基本思想是在存储器中事先存入正弦波的 N个均匀采样值，以均匀的速度输出这些存储值到数模转换器，从而变换为模拟信号。最低输出频率的波形会有N 个不同的点。在数据输出速率相同的情况下，存储器中的值每隔一个值输出一个就产生了二倍频率的信号，同样地，每隔k个点输出就得到了 k 倍频率的信号。上限频率由奈奎斯特采样定律决定，与 DDS 所使用的工作频率有关[11]。 用一通用计算机或微型计算机求解数字递推关系式来实现直接数字频率合成（DDS）是常用的方法，将相应的采样值存储在查询表上。DDS 构成的频率合成器体积小，功耗低具有很高的频率分辨率，能够方便地调频调相。DDS 基本的电路原理，如图 2-3。它由相位累加器、只读存储器（ROM）、数/模转换器（DAC）和低通滤波器（LF）组成，其中 为时钟频率，N 为相位累加器长度，K 为频率控制字。相位累加器和波形 ROM 组成数控振荡器，用频率控制字 K 去控制相位累加的次数。 (责任编辑：qin) |