一种四自由度超声电机驱动电路的制作方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种电机驱动电路，特别涉及一种超声电机驱动系统。
【背景技术】
[0002]超声电机(ultrasonic motor，USM)是一种新型电机，它利用压电陶瓷的逆压电效应和超声振动，将弹性材料(定子)的微变形通过共振放大和摩擦耦合转换成转子或滑块的宏观运动。与传统电磁电机相比，超声电机具有惯性小、响应快、不受磁场影响且其本身也不产生磁场的特点;此外，它还有重量轻、结构简单、噪声小、低速大扭矩以及可直接驱动负载等优点。超声电机目前已应用于宇宙飞船、火星探测器、导弹、核弹头等航空航天工程和军事领域，以及自动调焦镜头和石英表等民用领域。超声波电机的参数时刻变化，系统呈现高度非线性，可见超声波电机是复杂的多变量、强耦合、时变系统。因此，超声波电机的性能不仅仅取决于电机自身结构的好坏，在很大程度上还取决于其驱动控制系统的优劣。并且由于超声波电机呈现容性特性，这就决定了超声波电机驱动器的设计完全不同于呈电感性的传统电磁型电机的驱动器设计。
【发明内容】
[0003]发明目的:针对上述现有技术，提出一种四自由度超声电机驱动电路，适应于基于压电陶瓷平面内应变的多自由度超声电机，能够输出独立的四路超声电机驱动信号。
[0004]技术方案:一种四自由度超声电机驱动电路，包括编码器、数字电位器、DSP模块、FPGA模块、四个数模转换模块、四个低通滤波模块以及四个运算放大模块;所述编码器的输出端连接DSP模块的输入端，所述DSP模块的输出端连接数字电位器以及FPGA模块的输入端，所述数字电位器的四路输出端分别连接一个数模转换模块的基准信号端，所述FPGA模块的四路输出端分别连接对应的一个数模转换模块的信号端，所述四个数模转换模块的输出端分别通过一个低通滤波模块连接到一个运算放大模块，所述四个运算放大模块的输出端输出四路驱动激励信号。
[0005]进一步的，所述运算放大模块采用输出信号幅值为450V，闭环放大倍数为60，最高频率为120kHz的高压运算放大器。
[0006]有益效果:本实用新型的四自由度超声电机驱动电路，适应于基于压电陶瓷平面内应变的多自由度超声电机，该种电机的驱动需要四路独立的驱动信号，这是由于该种超声电机的运动是依靠压电陶瓷在垂直电轴平面内的应变产生的振动。本实用新型的四自由度超声电机驱动电路通过DSP模块根据实际控制需求得到四路驱动信号的幅值、频率及相位要求后，通过FGPA模块获得四路独立的驱动信号，通过信号处理及放大后用于基于压电陶瓷平面内应变的四自由度超声电机驱动。
【附图说明】
[0007]图1为一种四自由度超声电机驱动电路结构示意图。
【具体实施方式】
[0008]下面结合附图对本发明做更进一步的解释。
[0009]如图1所示，一种四自由度超声电机驱动电路，包括数字电位器、DSP模块、FPGA模块、四个数模转换模块、四个低通滤波模块以及四个运算放大模块。编码器的输出端连接DSP模块的输入端，DSP模块的输出端连接数字电位器以及FPGA模块的输入端。数字电位器的四路输出端分别连接一个数模转换模块的基准信号端，FPGA模块的四路输出端分别连接对应的一个数模转换模块的信号端，四个数模转换模块的输出端分别通过一个低通滤波模块连接到一个运算放大模块。
[0010]其中，编码器用于检测四自由度超声电机的动子速度信号并发送至DSP模块。DSP模块接收外部控制信号并根据四自由度超声电机的动子速度得到最终输出的四路控制信号的幅值信号、频率信号以及相位信号，该过程的具体实现方法已有诸多文献公开，并非本实用新型的创造。幅值信号发送至数字电位器，频率信号和相位信号发送至DSP模块。数字电位器用于根据接收到的幅值信号作分别输入到四个数模转换模块的基准信号端。FPGA模块根据接收到的频率信号和相位信号得到用于控制四自由度超声电机的四路正弦波信号，并分别发送至对应的一个数模转换模块的信号端。四个数模转换模块用于分别将接收到的正弦波信与幅值信号作比较后得到阶梯正弦波信号，并分别发送至一个低通滤波器。通滤波器用于滤除接收到的阶梯正弦波信号中的谐波信号后，经运算放大模块放大处理，得到四路驱动激励信号。
[0011]其中，运算放大模块采用输出信号幅值为450V，闭环放大倍数为60，最高频率为120kHz的高压运算放大器。改用该种运算放大器能够拓展最后输出驱动信号的频率范围，及提高其输出电流的驱动能力。经过试验得到，该驱动电路的驱动信号输出频率最高可达120kHz，适用于基于压电陶瓷平面内应变的多自由度超声电机的驱动要求;并且DSP模块能够独立调整任意两路激励驱动信号之间的相位差，从而能够实现超声电机的多自由度运动。
[0012]此外，作为上述驱动电路的进一步改进，可通过引入频分复用电路及高速数模转换电路来简化电路。即通过频分复用电路连接FPGA的四路输出，通过频分复用技术选通一路信号是高数数模转换电路进行转换，此改进简化了上述驱动电路，大大减小了驱动电路的体积。
[0013]以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。
【主权项】
1.一种四自由度超声电机驱动电路，其特征在于:包括编码器、数字电位器、DSP模块、FPGA模块、四个数模转换模块、四个低通滤波模块以及四个运算放大模块;所述编码器的输出端连接DSP模块的输入端，所述DSP模块的输出端连接数字电位器以及FPGA模块的输入端，所述数字电位器的四路输出端分别连接一个数模转换模块的基准信号端，所述FPGA模块的四路输出端分别连接对应的一个数模转换模块的信号端，所述四个数模转换模块的输出端分别通过一个低通滤波模块连接到一个运算放大模块，所述四个运算放大模块的输出端输出四路驱动激励信号。2.根据权利要求1所述的一种四自由度超声电机驱动电路，其特征在于:所述运算放大模块采用输出信号幅值为450V，闭环放大倍数为60，最高频率为120kHz的高压运算放大器。
【专利摘要】本实用新型公开了一种四自由度超声电机驱动电路，包括编码器、数字电位器、DSP模块、FPGA模块、四个数模转换模块、四个低通滤波模块以及四个运算放大模块。点驱动电路适应于基于压电陶瓷平面内应变的多自由度超声电机，该种电机的驱动需要四路独立的驱动信号，本实用新型的四自由度超声电机驱动电路通过DSP模块根据实际控制需求得到四路驱动信号的幅值、频率及相位要求后，通过FGPA模块获得四路独立的驱动信号，通过信号处理及放大后用于基于压电陶瓷平面内应变的四自由度超声电机驱动。
【IPC分类】H02N2/14
【公开号】CN205336154
【申请号】CN201620010551
【发明人】苏勋涛
【申请人】江苏紫金东方超声电机有限公司
【公开日】2016年6月22日
【申请日】2016年1月7日