一种旋转型超声波电动机转速控制方法-论文

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超声波电机驱动控制器毕业设计论文

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旋转行波超声电机结构设计

编号无锡太湖学院毕业设计（论文）题目：旋转行波超声电机结构设计信机系机械工程及自动化专业学号：学生姓名：指导教师：（职称：副教授）2013年5月25日无锡太湖学院本科毕业设计（论文）诚信承诺书本人郑重声明：所呈交的毕业设计（论文）旋转行波超声电机结构设计是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的成果，其内容除了在毕业设计（论文）中特别加以标注引用，表示致谢的内容外，本毕业设计（论文）不包含任何其他个人、集体已发表或撰写的成果作品。

班级：学号：作者姓名：2013 年5 月25 日无锡太湖学院信机系机械工程及自动化专业毕业设计论文任务书一、题目及专题：1、题目旋转行波超声电机的结构设计2、专题超声电机的结构设计二、课题来源及选题依据传统的电机如电磁电机或者直流电机在使用中往往受到很多方面的限制，在某些特定的环境下如真空中，或者不可有磁场影响的环境下往往无法发挥良好的性能。

为此，一种新型的电机的设计对于人们的各行各业的使用开始至关重要。

超声电机是一种利用压电陶瓷的逆压电效应，依靠定子和转子的摩擦耦合从而获得能量。

超声电机具有结构简单，体积小，耐高温等特点，这些特点让超声电机可以在航空航天，汽车，磁悬浮列车等方面能发挥无可取代的作用。

三、本设计（论文或其他）应达到的要求：①熟悉超声电机的历史及发展历程，对超声电机的适用领域及特点性能有全面的了解；②充分解析超声电机的工作原理以及各部件的作用；③掌握ANSYS有限元分析软件对超声电机的可行性进行分析，确定超声电机的可行性；④对超声电机的可行性进行分析，得到超声电机的可行性理论值，与ANSYS 分析得到的结果进行对比，确定超声电机的可行性模态；⑤对超声电机的各部件尺寸进行设计，并且绘制出各零件的零件图以及装配图；四、接受任务学生：机械94 班姓名五、开始及完成日期：自2012年11月7日至2013年5月25日六、设计（论文）指导（或顾问）：指导教师签名签名签名教研室主任〔学科组组长研究所所长〕签名系主任签名2012年11月7日摘要超声电机是利用压电陶瓷的逆压电效应，激励弹性体产生谐振作用，把电能转换成微米级振幅的振动，再依靠定子和转子之间产生的摩擦耦合将这细微振动扩大为转子及与之相联的轴的旋转运动。

旋转行波型超声波电动机的控制系统

优点，和计算机控制技术结合起来，并研制一种新的超声波电动机的控制系统。主要通过ＲＳ一２２串３行口总线与ＰＣ计算机组成虚拟仪器系统。图１为行波型超声波电动机控制系统的结构框图。整个控
ｋ为周向行波的波数，由压电陶瓷的极化区域的分
ｔｓｎｃｍｔｒ（ＳｒｏｉｏｏＵＭ）ｉｅｔｌｈｄＡｄｔｅｅｐｒｅｔｏａｓｓｂｉｅ．ｎｈｘｅｍｎｆａｓｉ
ｓｅｄｃｎｔｏｆＴＲＵＳＭｓｃｒｉｄｏ．ｅｕｔｈｐｅｆｐｅｏｒｌｏｉａｒｅｕｔＡｓａｒｓｌ．ｔｅｓｅｄｏ
ｖｉａｅｆｒｓｕｉｇｔｏｔｏｈａａｔｒｓｉｎｒｏａｅｏａｌｂｌｏｔｄｙｎｈｅｃｎｒｌｃｒｃｅｔｃａｄｐｅｒｎｃｆｉｆｍｔｈｅＵＳＭ．
Ｋｅｒｓ：ｌａｏｉｔｒｔａｅｉｇｗｖ；ｉｕｎｔ — ｙｗｏｄｕｔｓｎｃｍｏｏ；ｒｖｌａｅｖｆａＩｓｒｒｎｌｌｕ
Ａｂｓｒｔ：ｎｔｉｐｅ，ｇ — ｐｅｆｒａｃｄｖｎｎｄｔａｃＩｈｓｐａｒａｈｉｈｒｏｍｎｅｒｉｇａｉ
电机定子表面形成周向行波。在波峰处，点切向质
运动速度可由下式表示：
一
旦 ±！：２旦（垒竺
ＴＲＵＳｉｃｎｒｌｄｃｎｅｉｎｌａｅｎｔｅｐａｏ．ＡｎＭｓｏｔｌｏｖｎｅｔｂｓｄｏｈｌｔｒｏｅｙｆｍｄ

超声波电机转速的PIDNN控制

超声波电机转速的PIDNN控制朱宜家;陈国光;范旭;杨智杰;白敦卓【摘要】针对行波超声波电机运行过程中的较强时变性与非线性特征,引入了一种比例—积分—微分神经元网络(PIDNN)电机速度控制器.控制器网络融合了状态转换函数,具备动态映射能力,利用PID控制律先验知识确定权值初值,通过可变学习速度反传算法(VLBP)在线学习,使训练结果快速收敛,不易陷入局部极小,从而实现对超声波电机稳定快速的控制.采用参数变化电机模型对控制器进行仿真校验,仿真结果表明:方法具有较快的响应速度和较高的鲁棒性,能通过在线学习补偿电机运行过程中的非线性.%Aiming at strong time-varying and non-linear characteristics in the process of ultrasonic motor operation,a motor speed proportion integration differentiation neural network(PIDNN)controller is introduced. The controller network fuses the state transition function,and uses the PID control law prior knowledge to determine the initial value of the weights. Through the variable learning speed BP(VLBP)algorithm,training results are quickly converged and it is difficult to fall into the local minimum,so as to stably and fastly control ultrasonic motor. Use parametric-variable motor model to simulate and verify controller. The simulation results show that the method has a fast response speed and high robustness,and can compensate the nonlinearity of the motor during operation by online learning.【期刊名称】《传感器与微系统》【年(卷),期】2017(036)011【总页数】4页(P60-63)【关键词】超声波电机;比例—积分—微分神经网络;可变学习速度反传算法;速度控制【作者】朱宜家;陈国光;范旭;杨智杰;白敦卓【作者单位】中北大学机电工程学院,山西太原030051;中北大学机电工程学院,山西太原030051;中北大学机电工程学院,山西太原030051;中北大学机电工程学院,山西太原030051;豫西工业集团有限公司,河南南阳473000【正文语种】中文【中图分类】TP273由于超声波电机[1～3]特殊的工作原理，其输出特性会随环境温度、摩擦损耗、驱动激励频率等因素变化呈现出严重的非线性与时变性,因此，难以建立其精确数学模型。

一种旋转型超声波电动机转速控制方法

一种旋转型超声波电动机转速控制方法
白永明;孙志峻
【期刊名称】《微特电机》
【年(卷),期】2014(042)006
【摘要】超声波电动机是一个高度非线性系统,采用传统控制方法无法取得良好的控制效果.为了研究超声波电动机在有负载工况下的性能并实现其在工程领域的推广应用,必须找到一种有效的控制方法.BP神经网络PID控制器非常适合非线性系统的控制,具有结构简单、鲁棒性好、PID参数能在线实时调整的优点,设计了一种BP神经网络PID控制器,用于旋转型超声波电动机的转速控制研究.控制器的输入层节点数为3,隐含层点数为5,输出层节点数为3.通过一系列试验研究,发现采用BP 神经网络PID控制取得了较好的控制效果,为超声波电动机的工程应用找到一种有效可行的控制方法.
【总页数】4页(P64-66,69)
【作者】白永明;孙志峻
【作者单位】无锡工艺职业技术学院,宜兴214206;南京航空航天大学,南京210016
【正文语种】中文
【中图分类】TM359.9
【相关文献】
1.一种单相异步电动机转速控制方法的研究与实现 [J], 翟玉文;刘刚
2.基于单神经元自适应PID的超声波电动机转速控制 [J], 白永明;孙志峻
3.一种基于光流传感器的四旋翼室内位置控制方法 [J], 刘涵;郑鑫;张未辰;刘文迪;稂时楠
4.基于BPNN的超声波电动机转速控制与实验研究 [J], 武海强; 徐文潭; 王光庆; 崔素娟; 赵泽翔; 谭江平
5.一种基于串级线性自抗扰控制的四旋翼无人机控制方法 [J], 钟元; 章豪
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ｔｒａｓｏｎｉｃｍｏｔｏｒ．
Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃｍｏｔｏｒ；ｓｐｅｅｄｃｏｎｔｒｏｌ；ＢＰｎｅｕｒａｌｎｅｔｗｏｒｋｓＰＩＤｃｏｎｔｒｏｌ
式（１６）中，／（・）＝÷［１一／（ｘ）］，式（１８）中，
为了使ＰＩＤ的三个参数为正值，特选取非负的Ｓｉｇｍｏｉｄ函数为输出层神经元活化函数：
ｇ（）＝（１０）
输出层的三个输出节点分别为ＰＩＤ控制算法的
Ａｕ（ｋ）＝ｋ。［ｅ（ｋ）一ｅ（ｋ一１）］ｋｉｅ（ｋ）＋２）ｋ［ｅ（）一２ｅ（ｋ一１）＋ｅ（ｋ一２）］（
１ＢＰ神经网络ＰＩＤ控制器
ＢＰ神经网络如图１所示。控制不需控制对象
三个参数ｋ。，ｋｉ，ｋｄ：０（ｋ）＝ｋｐ１
０
。（ｋ）＝ｋｉ｝
’ （ｋ）＝ｋｄＪ
（９）
０
性能函数选用平方型误差函数：
Ｅ（ｋ）＝ ÷［一（）］
（１１）
ｎｅｕｒａｌｎｅｔｗｏｒｋＰＩＤｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒｗａｓｄｅｓｉｇｎｅｄｔｏｓｔｕｄｙｔｈｅｓｐｅｅｄｃｏｎｔｒｏｌｏｆｒｏｔａｙｒｕｌｔｒａｓｏｎｉｃｍｏｔｏｒ．Ｉｎｐｕｔｌａｙｅｒｎｏｄｅｎｕｍｂｅｒｉｓ
ｅｆｆｅｃｔｂｙａｓｅｒｉｅｓｏｆｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｓｔｕｄｙ，ａｎｄｉｓａｎｅｆｆｅｃｔｉｖｅａｎｄｒｅｌｉａｂｌｅｃｏｎｔｒｏｌｍｅｔｈｏｄｏｒｆｔｈｅｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆｕｌ —
电动机的控制研究基本是电机在空载状态下进行控
制研究的。为了加快超声波电动机在工程领域的推广应
传统ＰＩＤ的控制算法如下：
Ｕ（ｋ）＝ｕ（ｋ一１）＋ａｕ（）
用，必须找到一种有效可行的控制方法。
ＡＳｐｅｅｄＣｏｎｔｒｏｌＭｅｔｈｏｄｏｎＲｏｔａｒｙＵｌｔｒａｓｏｎｉｃＭｏｔｏｒ
ＢＡＩ
一ｍｉｎｇ，ＳＵＮＺｈｉ－ｊｕｎ
（１．ＷｕｘｉＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＡｒｔｓ＆Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｙｉｘｉｎｇ２１４２０６，Ｃｈｉｎａ；
／／》 … …
０
。（ｋ）＝ｎｅｔ［（ｋ）］
１，２， …，Ｑ（５）
综上，隐含层权值系数的自学习算法：
式中：
，Ｑ分别为隐含层的权值系数和节点数。
）＝ａＡｗ￣２）（一１）＋ ’ （）（１５）
动机的工程应用找到一种有效可行的控制方法。
关键词：超声波电动机；转速控制；ＢＰ神经网络ＰＩＤ控制
中图分类号：ＴＭ３５９．９文献标志码：Ａ文章编号ｉ１００４－７０１８（２０１４）０６－００６４ — ０３
图２控制流程图
式中：，Ｙ（ｋ）为系统控制的目标值和实际测量值。ＢＰ神经网络控制按负梯度方向搜索调整权值系数，并通过增加惯性项使搜索更加快速收敛至最
ｅｆｆｅｃｔ．Ｉｎｏｒｄｅｒｔｏｒｅｓｅａｒｃｈｔｈｅｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｏｆｕｌｔｒａｓｏｎｉｃｍｏｔｏｒｗｉｔｈｌｏａｄｃｏｎｄｉｔｉｏｎａｎｄｒｅａｌｉｚｅｔｈｅａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆｕｌｔｒａｓｏｎｉｃｎｏ —
ｔｏｒｉｎｔｈｅｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇｉｆｅｌｄ，ｗｅｓｈｏｕｌｄｉｎｆｄａｂｅｔｔｅｒｃｏｎｔｒｏｌｍｅｔｈｏｄ．ＢＰｎｅｕｒａｌｎｅｔｗｏｒｋＰＩＤｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒｉｓｖｅｒｙｓｕｉｔａｂｌｅｆｏｒｔｈｅ
２．ＮａｎｊｉｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＡｅｒｏｎａｕｔｉｃｓ＆Ａｓｔｒｏｎａｕｔｉｃｓ，Ｎａｎｊｉｎｇ２１００１６，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃｍｏｔｏｒｉｓａｈｉｇｈｌｙｎｏｎｌｉｎｅａｒｓｙｓｔｅｍ，ｕｓｉｎｇｔｈｅｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌｃｏｎｔｒｏｌｍｅｔｈｏｄｃａｎｎｏｔｏｂｔａｉｎｇｏｏｄ
３．ｈｉｄｄｅｎｌａｙｅｒｎｏｄｅｎｕｍｂｅｒｉｓ５．ａｎｄｏｕｔｐｕｔｌａｙｅｒｎｏｄｅｎｕｍｂｅｒｉｓ３．ＢＰｎｅｕｒａｌｎｅｔｗｏｒｋＰＩＤｃｏｎｔｒｏｌａｃｈｉｅｖｅｓｇｏｏｄｃｏｎｔｒｏｌ
ｇ（・）＝ｇ（）［１一ｇ（）］。ＢＰ神经网络ＰＩＤ控制流程如图２所示。
）］
（１８）
式中： ’ 为输出层的权值系数。上述公式中上角标（１）、（２）、（３）用以区分输入
层、隐含层和输出层。
０引言
超声波电动机因其具有短、小、轻、薄和无电磁干扰等优点在一些需无磁工作的医疗器械、深空探测设备和各种精密仪器等高新技术领域有着广泛的
应用前景。
用以及经典ＰＩＤ控制使用成熟、结构简单和容易实现等优点，设计一种ＢＰ神经网络ＰＩＤ控制
驱动控制
… …
白永明，儆持电棚２０１４年第４２卷第６期
… … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … ‘
。
∥
一
种旋转型超声波电动机转速控制方法
ＢＰ神经网络输入层节点的输入：０ ” ＝（）＝１，２， …，
式中：为输入层的节点数。隐含层的输入、输出分别为：
Ｍ
（３）
的精确数学模型、在非线性控制中的广泛有效应
６４ｉ
收稿日期：２０１３一ｏ９ — ０１
ｃｏｎｔｒｏｌｏｆｎｏｎｌｉｎｅａｒｓｙｓｔｅｍｓ，ａｎｄｉｔｈａｓａｓｉｍｐｌｅｓｔｒｕｃｔｕｒｅ，ｇｏｏｄｒｏｂｕｓｔｎｅｓｓ，ｒｅａｌ — ｔｉｍｅａｄｊｕｓｔｍｅｎｔｏｆＰＩＤｐａｒａｍｅｔｅｒｓ．ＡＢＰ
（１７）
输出层的输入Biblioteka 、输出分别为：ｎｅｔ［（）＝∑ ｗＳ ’ ’ （）
０（ｋ）＝ｇ［ｅ￡。（ｋ）］ｆ＿１，２，３
（７）
（８）
）＿ｅ㈩ｓｇｎ器。
白永明，孙志峻
（１．无锡工艺职业技术学院，宜兴２１４２０６；２．南京航空航天大学，南京２１００１６）
摘
要：超声波电动机是一个高度非线性系统，采用传统控制方法无法取得良好的控制效果。为了研究超声
波电动机在有负载工况下的性能并实现其在工程领域的推广应用，必须找到一种有效的控制方法。ＢＰ神经网络ＰＩＤ控制器非常适合非线性系统的控制，具有结构简单、鲁棒性好、ＰＩＤ参数能在线实时调整的优点，设计了一种ＢＰ神经网络ＰＩＤ控制器，用于旋转型超声波电动机的转速控制研究。控制器的输入层节点数为３，隐含层点数为５，输出层节点数为３。通过一系列试验研究，发现采用ＢＰ神经网络ＰＩＤ控制取得了较好的控制效果，为超声波电