基于DDS的超聲電機驅(qū)動電源的研制.pdf

1、超聲電機是一種基于壓電效應(yīng)和超聲頻段機械振動的高新技術(shù)產(chǎn)品，與傳統(tǒng)的電磁式電機不同，它利用壓電材料的逆壓電效應(yīng)，將產(chǎn)生的微小形變放大再通過摩擦作用將能量傳遞給轉(zhuǎn)子，是典型的機電一體化產(chǎn)品，關(guān)于它的研究涉及機械設(shè)計、振動、材料、電力電子以及自動控制等多個學(xué)科。超聲電機具有低速扭矩大、響應(yīng)快、不受電磁干擾等諸多優(yōu)點，但是上述優(yōu)點需要合適的驅(qū)動器才能使其充分發(fā)揮。
　　超聲波電機工作頻率在高于人類聽覺所能感知的20kHz以上，一般低于1

2、00kHz，驅(qū)動頻率要盡可能接近或等于其工作頻率，這就給驅(qū)動器提出了帶寬和頻率分辨率的要求。由于傳統(tǒng)的驅(qū)動電路信號源輸出為方波，其諧波成份容易激起電機定子的非工作模態(tài)，對電機試驗及性能發(fā)揮是非常不利的?；谝陨显蛞约艾F(xiàn)有的信號源技術(shù)及硬件設(shè)備能夠較容易達到超聲電機的特殊要求，采用正弦信號發(fā)生器，對其輸出的信號直接放大作為電機驅(qū)動信號是較為適宜的方法。
　　本文主要針對超聲波電機原理和等效電路的分析結(jié)果提出一種較為合適的應(yīng)用電路方

3、案，并計算相關(guān)參數(shù)，制作驅(qū)動器實物。在設(shè)計過程中，將整個系統(tǒng)分為信號源、隔離和功放、升壓和匹配電路三個大模塊，對每個模塊進行分析。首先比較常見的信號源應(yīng)用電路，分析優(yōu)缺點，最終確定方案。在本方案中采用直接數(shù)字頻率合成（DDS）芯片為主體設(shè)計信號源，利用單片機實現(xiàn)控制字的加載以及輸出頻率、相位等參量的控制。由于本課題是針對大功率超聲電機設(shè)計的，最終驅(qū)動電壓幾十至過百伏，因此，需要功放升壓電路。超聲電機本身呈電容特性，需要匹配電路實現(xiàn)高效的