基于labview的超声电机测控系统的研究

" " 从图 % 中可看出， *+, 的精度明显比传统 2349 536 滤波精度高， 这是由于对所用的 *+:8+ 的误差 模型事先未给出及双星系统的误差模型未知， 即在 系统进行组合时不能准确给出系统噪声和量测噪声 统计信息。从表 ! 可知， 对水平误差角的收敛性， *+, 明显比传 统 234536 滤 波 收 敛 的 快， 在滤波约 !/$ 次 （ 0 5;6 ） 时就开始收敛， 而传统的 234536 滤 波在 %#$ 次以后才缓慢收敛， 且 *+, 算法的水平误 差角、 速度和位置收敛后其稳态值在小幅振荡， 这是 由于该方法的估计误差协方差阵仅靠量测信息来更 新， 从而使得其收敛后不是常值， 而是在稳态值的附 近随着量测信息的变化而振荡， 这正是该方法的优 点， 具有较强的自适应能力。
图 &! 超声电机驱动及控制电路框图
! ! 超声电机的转速与激励频率、 正弦驱动电压的 相位差以及温度等均有关。当两个正弦驻波同频等 幅相位差为 ’#U 时， 超声电机处于最佳状态， 即在定 子中形成理想行波； 但为适应某些负载特性， 有时需 要使它工作在某一非理想行波状态， 即两驻波同频 等幅相位差可调。 为检测超声电机的工作状态， 通过定子上的两 个传感器来检测行波型超声电机的两个驻波， 通过 信号处理后可获得它们的幅值和相位差。通过编码 器来测量电机的转角位置， 经处理后可得到电机的 转速。通过温度传感器来检测超声电机的温度。
图 0" 驱动信号输出程序流程图
1" 结束语
本文基于 ’()*+,- 设计了一个超声电机的测控 系统， 对某公司的 KLM1. 超声电机进行了测试， 超 声电机的两定子传感器输出电压波形如图 1 所示。 经实验得出， 该测控系统性能稳定， 反映灵敏， 定位 精度高。
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" 第0 期
的 :8+ 和双星数据进行仿真验证， 仿真结果表明， 系 统噪声和量测噪声的统计信息不准确时， 最小二乘 滤波的性能优于 234536 滤波， 且收敛速度快。 参考文献：
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的两组压电陶瓷的同频 （ 超声频段） 且有一定相位 差的正弦驱动信号时， 会在超声电机的定子中分别 激发出两列驻波， 从而合成为旋转行波， 通过定、 转 子间的摩擦来驱动转子的转动。
模拟元件或数字元件， 有的采用单片机电路， 有的采 用数字信号处理器电路， 其不足是硬件电路太复杂、 应用不灵活以及定位精度不高等。本文利用虚拟仪 器技术开发出一种频率、 相位差、 幅值可调的高性能 超声电机驱动和控制系统。该系统结构简单， 控制 精度高； 在 0123456 中利用 718912 子程序使系统具 有灵活而又强大的信号处理能力； 利用 718912 工具 箱能为以后的控制理论和算法的应用提供一个很好 的平台。
&! 超声电机的驱动及控制原理
［ &%+ ］
图 & 为行波型超声电机驱动及控制电路框图。 超声电机工作时， 当驱动控制系统提供给超声电机
! ! 收稿日期： "##$%&"%&# ! ! 基金项目：江西理工大学基金资助项目 （ "##$#&’ ） 万方数据 ! ! 作者简介： 汤青波 （ &’(#%） ， 男， 湖南衡阳人， 硕士， 主要从事滑模变结构控制、 智能控制及虚拟仪器技术的研究。
汤青波， 张国新， 朱建武
（ 江西理工大学 机电工程学院， 江西 赣州 +$&### ）
! ! 摘! 要：利用虚拟仪器技术和 ,-.)&&/ 高速数据采集卡开发出一种频率、 相位差、 幅值可调的高性能超声电机 测控系统。与传统测控方法相比， 该系统具有硬件简单、 功能较为完善、 测试准确度高等特点。利用 0123456 内嵌 的 718912 子程序使系统具有灵活而又强大的信号处理能力， 且能为以后的控制理论和算法的应用提供一个很好的 平台。 0123456； ,-.)&&/ 数据采集卡；测控 关键词： 超声电机； 中图分类号： :;+/! ! ! 文献标识码： <
()*+, -. /&"0*1%.2 3 4-.)1-55%.2 (,0)&6 7-1 85)1"0-.%9 /-)-10 :"0&+ -. !"#$%&’
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第 "* 卷 第 $ 期 "##) 年 * 月
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! ! 文章编号： &##$%"$($ （ "##) ） #$%#$*&%#"
基于 !"#$%&’ 的超声电机测控系统的研究
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#= ! ! & !（ ， %= ! ! & !（ （2） / .） ! .） 由于噪声信号通常与有效信号相关性很小， 因 此该相关法有很好的噪声抑制能力。数据采集与处 理程序流程图如图 2 所示。
图 !" 超声电机测控系统总体结构图
! $ !# 虚拟仪器前面板设计 在本文的测控系统中， 采用 ’()*+,-#$ . 作为编 程平台， 虚拟仪器设计分为仪器前面板的设计和仪 器流程图设计。前面板设计为 （ / ）放置了输出波形显示器， 显示两个驻波信 号波形。 （ ! ）放置 0 个显示型数字控件， 分别显示两个 驻波的幅值、 相位差及转角、 温度。 （ 1 ）放置 0 个输入型数字控件， 分别设置采样 点数、 频率和正弦驱动信号的频率、 幅值和相位差。 （ 2 ）放置 / 个开关型控件， 用于使用者运行或 关闭仪器。虚拟仪器前面板图如图 1 所示。
! $ "# 系统的总体结构 本超声电机测控系统基本测试参数有： 定子传 感器的两个反馈电压、 转角检测信号、 温度检测信号 等， 这些信号通过数据采集卡送入 %& 机， 按一定的 控制算法得出一压控电压信号， 进而生成两个正弦 激励信号， 经功率放大后驱动超声电机。超声电机 测控系统总体结构如图 ! 所示。