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尺蠖直线电机驱动控制器的设计与研究

作　者: 熊飞
导　师: 胡泓
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 机械电子工程
关键词: 纳米技术压电陶瓷驱动尺蠖直线电机驱动控制器
分类号: TM359.4
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

尺蠖直线电机是模仿生物界尺蠖运动原理而得名,以压电元件为动力转换元件,将压电体的微小振动位移按照尺蠖原理形成连续的步进的精密位移输出。它是纳米级定位精度的步进直线电机,在航空航天、光纤对接、生物工程、显微外科、超精密加工等方面具有十分广阔的应用前景。它的驱动控制器是影响其精度的重要因素之一,因此设计出一种性能优异的驱动控制器对于提高尺蠖直线电机的精度具有十分重要的意义。本文围绕驱动控制器的设计展开论述。首先,文章通过对尺蠖直线电机原理及其驱动控制器国内外发展现状的研究,提出了信号发生器与压电驱动电源相结合的系统方案。同时,文章对驱动控制器的软硬件设计原理与方案进行了详细描述。驱动控制器的硬件由直流稳压模块、放大模块和控制模块三部分组成,实现产生和放大驱动信号的功能。它的软件是在DSP控制器上编写,以实现产生驱动信号、监测输出信号、选择驱动模式、设置驱动参数以及提示用户操作的功能。最后对研制出的样机进行了测试,其输出电压范围为0～200V,单路最大输出电流为240mA,最大输出功率144W,在负载5 F时频响为40Hz左右,纹波不大于200mV,线性度大于99.9%,分辨率在50mV左右。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-8
第1章绪论  8-15
  1.1 课题背景及意义  8-9
  1.2 尺蠖驱动器工作原理  9-10
  1.3 尺蠖直线电机驱动控制器的发展现状  10-14
    1.3.1 按构型分类  10-11
    1.3.2 按原理分类  11-14
  1.4 课题主要研究内容  14-15
第2章压电驱动理论  15-23
  2.1 引言  15
  2.2 压电材料与压电效应  15-16
  2.3 压电叠堆  16-21
    2.3.1 压电叠堆的工作原理  16-18
    2.3.2 压电叠堆的工作特性  18-21
  2.4 压电叠堆的选用  21-22
  2.5 本章小结  22-23
第3章系统硬件设计  23-37
  3.1 引言  23
  3.2 系统方案  23-24
  3.3 直流稳压模块设计  24-28
    3.3.1 直流稳压电源原理  24-27
    3.3.2 直流稳压模块设计方案  27-28
  3.4 放大模块设计  28-33
    3.4.1 多级放大电路原理  28-29
    3.4.2 放大模块设计方案  29-33
  3.5 控制模块设计  33-36
    3.5.1 信号发生器概述  33-34
    3.5.2 控制模块设计方案  34-36
  3.6 本章小结  36-37
第4章控制软件设计  37-44
  4.1 引言  37
  4.2 主程序设计  37-38
  4.3 输出驱动信号的功能设计  38-39
  4.4 监测输出信号的功能设计  39-40
  4.5 选择驱动模式的功能设计  40-41
  4.6 设置输出信号参数的功能设计  41
  4.7 出错保护及错误提示的功能设计  41-43
    4.7.1 录入错误提示  41-42
    4.7.2 输出错误提示  42-43
  4.8 本章小结  43-44
第5章试验测试  44-51
  5.1 引言  44
  5.2 驱动控制器性能测试  44-50
    5.2.1 输入失调电压测试  44-45
    5.2.2 输出电压静态纹波测试  45-46
    5.2.3 输入输出电压线性相关性测试  46
    5.2.4 输出信号通频带测试  46-48
    5.2.5 输出电压分辨率测试  48
    5.2.6 输出电压随时间的稳定性测试  48-49
    5.2.7 开环控制尺蠖直线电机的重复定位精度测试  49-50
  5.3 本章小结  50-51
结论  51-52
参考文献  52-56
致谢  56

尺蠖直线电机驱动控制器的设计与研究

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