基于超聲波電機(jī)的微型控制力矩陀螺框架驅(qū)動(dòng)控制技術(shù)研究.pdf

1、超聲波電機(jī)（Ultrasonic Motor，USM）是一種利用壓電陶瓷的逆壓電效應(yīng)原理，將電能轉(zhuǎn)換為動(dòng)能的新型微特電機(jī)。本文采用超聲波電機(jī)作為微型控制力矩陀螺(Control Moment Gyro，CMG)框架系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，以此為應(yīng)用背景研究其驅(qū)動(dòng)控制技術(shù)，主要完成了以下工作：
　　介紹了控制力矩陀螺、超聲波電機(jī)及其控制技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀；分析了超聲波電機(jī)的運(yùn)動(dòng)原理；研究了超聲波電機(jī)的解析及等效電路模型，并采用階躍響應(yīng)法對(duì)超聲波

2、電機(jī)系統(tǒng)辨識(shí)建模，得到了超聲波電機(jī)的“頻率—轉(zhuǎn)速”控制模型；采用最小二乘法對(duì)辨識(shí)結(jié)果進(jìn)行優(yōu)化處理，經(jīng)驗(yàn)證模型階躍響應(yīng)仿真結(jié)果與實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)吻合較好。
　　分析了超聲波電機(jī)調(diào)頻控制特點(diǎn)；研究了超聲波電機(jī)在運(yùn)行過程中溫度升高的原理，分析由于溫升引起的諧振頻率漂移對(duì)電機(jī)轉(zhuǎn)速造成的影響，并采用孤極電壓反饋控制法，對(duì)電機(jī)的諧振頻率漂移進(jìn)行補(bǔ)償；考慮在不同輸入條件下，超聲波電機(jī)模型參數(shù)會(huì)發(fā)生變化，分析了超聲波電機(jī)的參量模型，采用 PID算法，設(shè)計(jì)

3、電機(jī)轉(zhuǎn)速閉環(huán)控制器。
　　采用PXI-8108嵌入式處理器和基于FPGA技術(shù)的PXI-7851R可重配置多功能數(shù)據(jù)采集卡，搭建基于PXI設(shè)備的微型CMG框架驅(qū)動(dòng)控制實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。設(shè)計(jì)了信號(hào)前置驅(qū)動(dòng)電路、推挽換能電路；通過分析，設(shè)計(jì)了超聲波電機(jī)所采用的變壓器和阻抗匹配電路；在此基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)并研制了超聲波電機(jī)驅(qū)動(dòng)器。
　　基于圖形化編程開發(fā)平臺(tái)LabVIEW，設(shè)計(jì)了用于微型CMG框架驅(qū)動(dòng)控制實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)軟件。設(shè)計(jì)了高精度PWM信號(hào)發(fā)生模