USM45超声电机的伺服驱动器设计

USM45超声电机的伺服驱动器设计
摘要：适用于USM45超声电机驱动的需要，本文设计了一种超声电机驱动器。完成了以下工作：
（1）综述了国内外超声电机，特别超声电机驱动器技术的现状与发展；
（2）阐述了超声电机的工作原理及调速机理；
（3）提出了超声电机驱动器的一种功能组成方案，该方案通过VCO产生基频脉冲；用D触发器实现分频分相处理；利用积分比较电路调整信号占空比；用MOSFET推挽功放电路进行驱动信号放大；用LC无源网络实现电机进行滤波。
（4）完成了超声电机驱动器电路原理图设计。
（5）绘制了USM45超声电机定子、转子图，编制了定子机加工工艺。 [来源：http://www.think58.com]

关键词：超声电机 伺服驱动器 设计 工艺

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A Servo Driver Circuit for the Ultrasonic Motor
With Diameter of 45 millimeters
Student name: Xiang Changhui Class: 050313
Supervisor: He Honglin
Abstract:In this article, an ultrasonic motor drive is designed for the need to drive the ultrasonic motor with diameter of 45 millimeters.The following works have been completed:
(1) Summary of the ultrasonic motor at home and abroad, especially the status quo and development of the ultrasonic motor drive technology.
(2) Expounded the working principle and the speed control mechanism of the ultrasonic
motor.
(3) Proposed a functional program of composition of the ultrasonic motor drives, which generated frequency pulse through the VCO and realizated sub-frequency phase with D flip-flop.Adjusted the duty cycle of the signal by the comparison of circuit integration . Push-pull amplifier circuit with MOSFET driver for blowing up the drive signal. Filter with LC passive network motor.
(4) Have completed the design of the circuit schematic diagram of the ultrasonic motor drive. [资料来源：http://think58.com]
(5)The stator diagram and the rotor diagram of the USM45 ultrasonic motor have been mapped.And prepared the machining technology of the stator.

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Key words：Ultrasonic Motor Servo Driver Design Craft

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目 录
1 绪论
1.1 国内外超声电机研究状况………………………………………………………(01)
1.2 驱动器技术研究现状……………………………………………………………(03)
1.3 伺服控制技术研究现状…………………………………………………………(04)
1.4 驱动控制技术发展趋势…………………………………………………………(06)
2 行波超声电机的结构及工作原理
2.1 行波型USM的结构…………………………………………………………….(07)
2.2 行波型超声电机的电学等效模型………………………………………………(07)
2.3 行波型超声电机的工作原理……………………………………………………(08)
2.3.1 弹性体内行波的形成……………………………………………………….....(08)
2.3.2 弹性体表面质点椭圆运动的形成………………………………………….....(09)
2.3.3 行波速度的影响因素……………………………………………………….....(11)
2.4 行波型超声电机的调速机理……………………………………………………(13)
2.4.1 调压调速…………………………………………………………………….....(13) [资料来源：http://www.THINK58.com]
2.4.2 调频调速…………………………………………………………………….....(14)
2.4.3 调相调速…………………………………………………………………….....(14)
3 驱动电路的设计与实现
3.1 驱动电路的设计要求……………………………………………………………(16)
3.2 驱动器的总体方案………………………………………………………………(17)
3.3 基频方波的产生及伺服调频电路的设计………………………………………(17)
3.3.1 基频脉冲产生方式……………………………………………………….........(17)
3.3.2 RC多谐振荡器…………………………………………………………………(18)
3.3.3 555多谐振荡器………………………………………………………………...(19)
3.3.4 基于VCO的脉冲发生电路…………………………………………………...(20)
3.3.5 基于运放的脉冲发生电路……………………………………………………..(23)
3.4 分频分相及正/反转控制电路……………………………………………………(26)
3.4.1 功放驱动所需信号的时序……………………………………………………..(26)
3.4.2 基于移位寄存器的实现………………………………………………………..(27) [版权所有：http://think58.com]
3.5 功放驱动信号死区设置………………………………………………………… (28)
3.5.1 死区设置的意义………………………………………………………………..(28)
3.5.2 基于D触发器实现…………………………………………………………….(29)
3.5.3 伺服调压实现…………………………………………………………………..(29)
3.6 功放驱动与逆变电路设计与实现……………………………………………….(31)
3.6.1 开关功率器件的选择…………………………………………………………..(31)
3.6.2 功率MOSFET的驱动…………………………………………………………(32)
3.6.3 功放逆变主电路………………………………………………………………..(32)
3.7 高频脉冲变压器设计…………………………………………………………….(34)
3.7.1磁芯的选择……………………………………………………………………...(35)
3.8 串电感匹配电路设计…………………………………………………………….(37)
3.9 超声电机的孤极速度反馈……………………………………………………….(39)
3.9.1 孤极速度反馈的原理…………………………………………………………..(39)
3.9.2 孤极速度反馈技术的实现……………………………………………………..(40)