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超声波电机(Ultrasonic Motor)是利用压电陶瓷的逆压电效应获得力矩的新型电机,在精密仪器、汽车、微型机械、机器人、国防军事、航空航天等领域具有广阔的应用前景,是目前机电控制领域的一个研究热点。 本文在对行波超声波电机的运行机理、阻抗特性以及匹配技术等进行分析的基础上,研究了超声波电机驱动控制电路的特性。结合国内外超声波电机驱动控制最新技术,以及本文对超声波电机的性能等实验研究的需要,设计了一款基于ARM7的超声波电机驱动控制系统,并利用该系统对行波超声波电机进行了相关的实验研究。 研究了行波超声波电机谐振频率随温度变化而变化的规律,设计了相应的实验方案,并进行了频率-温度特性验证实验。实验结果表明,电机谐振频率随温度的升高成线性降低,温度对电机的工作状态影响较大,这一研究为超声波电机的工程实用电路设计奠定了基础。 分析了超声波电机瞬态特性、微步进特性理论,针对本文所用电机,设计了合适的实验方案,对电机进行了微步进实验研究。从实验结果可知,该款电机的最小单步波数为4,最小平均步距角为0.0042°。微步进实验研究的结论为超声波电机在精密仪器中的位置定位控制提供了帮助。 分析了超声波电机频率跟踪的原理和方法。采用M/T测速方法和PID控制器,实现超声波电机的频率跟踪,达到了超声波电机在连续工作时转速稳定的预期目标。