基于SOPC的直線型超聲電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)的研究.pdf

1、直線超聲電機(jī)是利用壓電陶瓷材料的逆壓電效應(yīng)進(jìn)行工作的一種新型電機(jī),它不需要轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)就能產(chǎn)生直線運(yùn)動(dòng),具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、響應(yīng)速度快、分辨率高、斷電自鎖以及無電磁干擾等優(yōu)點(diǎn)。因此,在航空航天、納米技術(shù)、儀器儀表和精密定位等領(lǐng)域直線超聲電機(jī)都有著廣闊的應(yīng)用前景。為了充分發(fā)揮直線超聲電機(jī)的性能,研制出一套完善的驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)具有十分重要的意義。
　　本文以雙變幅桿V形直線超聲電機(jī)為研究對(duì)象,設(shè)計(jì)了新型的驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng),該系統(tǒng)可以同時(shí)控制多臺(tái)電機(jī)實(shí)

2、現(xiàn)微納米級(jí)的精密運(yùn)動(dòng)。
　　驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)以Altera公司的FPGA(型號(hào):EP3C40Q240C8)為核心,采用了基于Nios II軟核的SOPC技術(shù),把處理器、系統(tǒng)外設(shè)、DDS信號(hào)發(fā)生模塊、光柵反饋計(jì)數(shù)模塊及PID控制器模塊都集成在FPGA中,從而大幅減少了驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)的體積,降低了系統(tǒng)功耗,也便于后期系統(tǒng)的改動(dòng)升級(jí),具有很強(qiáng)的通用性。電機(jī)運(yùn)行的位置信息由高精度光柵編碼器反饋給FPGA,構(gòu)成一個(gè)完整的閉環(huán)控制系統(tǒng)。在軟件設(shè)計(jì)方

3、面,上位機(jī)發(fā)出指令,Nios II處理器接收分析該指令后,DDS模塊產(chǎn)生相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)信號(hào)驅(qū)動(dòng)電機(jī)運(yùn)行,依靠對(duì)位置信息的實(shí)時(shí)采集,實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)的精確控制。
　　在完成了驅(qū)動(dòng)控制器的設(shè)計(jì)后,本文針對(duì)直線超聲電機(jī)精密運(yùn)動(dòng)平臺(tái)展開了實(shí)驗(yàn)研究。首先測(cè)試了電機(jī)的最小步距,分析了不同驅(qū)動(dòng)信號(hào)下電機(jī)的速度特性,通過PID算法對(duì)電機(jī)進(jìn)行了速度控制。然后使用連續(xù)運(yùn)動(dòng)與小步進(jìn)逼近相結(jié)合的方案提高了平臺(tái)的定位精度。最后,控制多維直線超聲電機(jī)精密平臺(tái)完成了細(xì)胞