基于单片机的超声电机驱动器研制+文献综述(2)
4.3 串口通讯程序 27
5 实验和调试 29
结 论 32
致 谢 33
参考文献 34
附录 36
1 绪论
超声波电机（Ultrasonic Motors，缩写 USM）是 1980 年代以来发展起来的新型微特电机，是综合性较强的高新技术产品，融合了多种新技术，日益成为现代工业社会不可或缺的重要器件。
超声波电机利用逆压电效应将电的变化转化为机械运动。一般的，两相有一定相位差的交流信号加在超声电机定子上用来产生连续、时变的弯曲。这样的弯曲在定子表面上产生波动。由于转子与定子间有一定的压力，因而能够被驱动。超声波电机有较大转矩，尤其是低速情况下，它比传统的电机响应速度快，而且利用了压电效应，因此不会受电磁干扰[1]¬。
1.1 超声电机的概述
1.1.1 超声电机的发展史
超声电机(Ultrasonic Motor, USM)是一种新型微特电机，在仅仅几十年的发展中其已被多个研究领域所重视。
1948 年，Williams 和 Brown 申请了历史上第一个“压电马达”的专利，揭示了超声电机的基本原理。1965年苏联的Lavrinenko申请了一种超声电机发明专利，并归纳出超声电机具有结构简单、成本低、低速大转矩、单位体积能量密度大、运动精确、能量转换效率高等特性。1973年，IBM 公司的Barth提出了具有现代超声电机原理的结构方案。1982 年，日本人 Sashida 提出并制造了驻波型超声电机，该超声电机第一次在性能上满足了实际使用的要求。1983年，Sashida又提出并制造了另一台超声电机——行波型超声电机。
很快，日本就将超声电机引入了商业应用领域。Sashida 创建了 Shinsei 工业公司，正式将把行波超声电机作为商品出售；Canon 公司将其研发的环形超声电机应用到 EOS 系列相机。
日本在超声电机设计、生产、应用上的成功，引起了世界各国的广泛关注。20世纪80 年代末 90 年代西方先进国家如德、法、美、英、韩等纷纷加入到超声电机的研究和制造行列中。目前，美国已将超声电机成功应用到航空航天、信息和汽车产业领域，法国将其应用到空空导弹导引装置，德国也已将超声电机应用在飞机的电传操纵系统中[6]。
我国超声电机的研究始于 20 世纪 90 年代，清华大学、浙江大学、吉林大学、南京航空航天大学、中科院长春光机所、哈尔滨工业大学、上海交通大学等先后开展了超声电机的研究，并取得了可喜的成果。研制的超声电机已达到实用要求，并可望批量生产。
1.1.2 超声电机的特点
超声电机由于其独特的工作原理，所以它具有传统电磁电机所没有的一些性能特点：
（1）低速、大转矩
超声电机定子的振动速度和摩擦传动的原理决定了超声电机是一种低速电机。相较传统的电磁电机，超声电机在低转速下效率最高，因此它不需要齿轮减速机构，体积可以做的很小。但它的转矩相对于它的质量来说是很大的，其转矩密度可以达到一般电磁电机的 10倍。
（2）无电磁噪声、电磁兼容性好
超声电机依靠摩擦力驱动，无磁极和绕组，工作时无电磁场产生，也不受外界电磁场的影响。所以在对电磁兼容性要求严格的环境下，超声电机具有其独特的优势。
（3）响应速度快、控制性能好
由于超声电机依靠定动子之间的摩擦传动，且动子质量较轻，惯性小，其启动响应时间在毫秒级范围内，且制动响应更快。快速响应的特点极大的增加了闭环控制系统的稳定性，使得超声电机的定位调整频率可高达 1kHz，而电磁电机仅能达到 100Hz 左右。
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