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摘 要： 介绍了一种基于DSP的超声波电机驱动控制电路，对电路的结构设计作了说明，试验结果表明电路可以满足超声波电机驱动控制的需要。
关键词： 超声波电机 DSP PWM
1引言
超声波电机是上世纪80年代才发展起来的一种新型特种电机，由于其特殊的运行机理，使其具有与传统电磁电机相比的许多优良性能，如：低速大转矩、无电磁干扰、动作响应快、运行无噪声、无输入自锁、体积小等。因此在工业控制、汽车工业、精密仪器、航空航天、办公自动化、智能机器人等领域有着广阔的应用前景，近年来倍受科技界和工业界的关注，逐渐成为国内外的研究热点。
超声波电机是利用两相具有一定频率、幅值和相位差的正弦电压来驱动的，因此驱动控制电路必须可以产生频率、电压、相位差均能够连续可调的正弦电压。本文介绍一种基于DSP56F801芯片的驱动控制电路，利用其优质的片上资源产生4路PWM波，经过两相推挽逆变放大电路后实现了超声波电机的调频、调压及调相控制，最后给出了试验波形。
2驱动控制电路设计
控制部分是整个系统的核心，本文采用的是Free scale公司的56f801DSP芯片，该芯片是Free scale 56800系列中的一种，是一种16位的定点DSP芯片，片内时钟频率为40 MHz。其强大的运算功能和片内专门为电机控制而设计的PWM控制接口、A/D、I/O输入/输出接口、定时、中断、通讯以及片内存储器等完全可以满足超声波电机的调压、调相控制.因此只需将PWM模块产生的控制信号经IR4427隔离放大后输入变频驱动电路即可驱动超声波电机，将光电编码器产生的正交编码信息接定时器内部的正交解码单元（QEP）即可实现转速及转角的测算，DSP与PC之间是通过CAN总线通信的。这样使得外围接口电路的设计大为简化。 控制部分在系统中的作用如图1所示，主要包括：4路PWM控制信号的产生、测速及控制算法的计算。
变频驱动电路主要将低压直流电压通过逆变、升压成具有一定幅值的交流电压，用以驱动超声波电机， 常用的逆变器有：推挽式逆变器、半桥式逆变器及全桥式逆变器，由于推挽式逆变器需要的元器件较少，且不需要高压直流电源，故本系统采用两相推挽逆变器，如图2所示。但需要注意在选择开关管时开关管源漏极间能够承受的最大电压VDS 必须大于直流电压的2倍。
在实际控制中由于PWM模块工作在中心对齐方式下，且允许半周期重载，PWM0与 PWM1 、PWM2与 PWM3为互补模式。因此可以通过在半周期整数倍时刻向PWM计数模寄存器PWMCM 、PWM计数值寄存器PWMVAL0及PWMVAL2、PWM死区寄存器PMDEADTM写入不同的值来改变4路两两互补PWM信号的频率、相位差及占空比，两路互补PWM信号如图2-2所示，其中计数模寄存器PWMCM的值决定驱动信号的周期，其值越大周期越小反之相反、计数值寄存器PWMVAL0及PWMVAL2的值决定了驱动信号的相位差、PWM死区寄存器PMDEADTM的值决定了驱动信号的占空比，其值越大占空比越小反之相反。因此可以方便的对驱动信号的三个参数进行调节。
3测试结果及分析
电机空载情况下，分别进行调频、调压及调相测试，图3、图4、图5分别给出了三种调节时由DSP产生的PWM波形及对应的经过推挽逆变放大的驱动电压波形。
由以上波形可以看出驱动电压的频率可以在49.70KHz到53.64KHz之间连续可调完全可以覆盖超生波电机的工作频段；驱动电压峰峰值可在230V到296V，同样可以满足超声波电机对驱动电压的要求；驱动电压的相位差可在-90度到+90度之间连续可调，可以满足电机转速及转向的调节需求。
4结束语
本文介绍了一种基于DSP的超声波电机驱动控制电路，对电路的设计作了说明，并针对超声波电机的三种控制方式对电路功能进行了测试，测试结果表明该电路可以满足超生波电机驱动控制的需要。
参考文献：
[1] 陈欢等.一种基于DSP的超声波电机驱动控制电路[J].微电机，2008，35 （2）.
[2] 李华峰等.使用PI控制的超声波电机精密位置控制[J].微电机，2002，35 （2）.
[3] 胡敏强等. 超声马达模型分析的研究[J]. 微电机，2002（1）.
[4] 金龙等. 基于DSP的超声波电机控制系统[J]. 电工技术学报，2004（8）.
[5] 陈维山等.基于DSP的行波型超声波电4机的驱动与控制[J]. 机械工程师，2005（8）.
[6] 李本红.基于DSP的全数字直流伺服电动机位置随动系统的设计[J].电机技术，2006（1）.
作者简介：
陈欢， 男， 汉族 （1982- ）。硕士，主要从事超声波电机的驱动与控制研究。
关键词： 超声波电机 DSP PWM
1引言
超声波电机是上世纪80年代才发展起来的一种新型特种电机，由于其特殊的运行机理，使其具有与传统电磁电机相比的许多优良性能，如：低速大转矩、无电磁干扰、动作响应快、运行无噪声、无输入自锁、体积小等。因此在工业控制、汽车工业、精密仪器、航空航天、办公自动化、智能机器人等领域有着广阔的应用前景，近年来倍受科技界和工业界的关注，逐渐成为国内外的研究热点。
超声波电机是利用两相具有一定频率、幅值和相位差的正弦电压来驱动的，因此驱动控制电路必须可以产生频率、电压、相位差均能够连续可调的正弦电压。本文介绍一种基于DSP56F801芯片的驱动控制电路，利用其优质的片上资源产生4路PWM波，经过两相推挽逆变放大电路后实现了超声波电机的调频、调压及调相控制，最后给出了试验波形。
2驱动控制电路设计
控制部分是整个系统的核心，本文采用的是Free scale公司的56f801DSP芯片，该芯片是Free scale 56800系列中的一种，是一种16位的定点DSP芯片，片内时钟频率为40 MHz。其强大的运算功能和片内专门为电机控制而设计的PWM控制接口、A/D、I/O输入/输出接口、定时、中断、通讯以及片内存储器等完全可以满足超声波电机的调压、调相控制.因此只需将PWM模块产生的控制信号经IR4427隔离放大后输入变频驱动电路即可驱动超声波电机，将光电编码器产生的正交编码信息接定时器内部的正交解码单元（QEP）即可实现转速及转角的测算，DSP与PC之间是通过CAN总线通信的。这样使得外围接口电路的设计大为简化。 控制部分在系统中的作用如图1所示，主要包括：4路PWM控制信号的产生、测速及控制算法的计算。
变频驱动电路主要将低压直流电压通过逆变、升压成具有一定幅值的交流电压，用以驱动超声波电机， 常用的逆变器有：推挽式逆变器、半桥式逆变器及全桥式逆变器，由于推挽式逆变器需要的元器件较少，且不需要高压直流电源，故本系统采用两相推挽逆变器，如图2所示。但需要注意在选择开关管时开关管源漏极间能够承受的最大电压VDS 必须大于直流电压的2倍。
在实际控制中由于PWM模块工作在中心对齐方式下，且允许半周期重载，PWM0与 PWM1 、PWM2与 PWM3为互补模式。因此可以通过在半周期整数倍时刻向PWM计数模寄存器PWMCM 、PWM计数值寄存器PWMVAL0及PWMVAL2、PWM死区寄存器PMDEADTM写入不同的值来改变4路两两互补PWM信号的频率、相位差及占空比，两路互补PWM信号如图2-2所示，其中计数模寄存器PWMCM的值决定驱动信号的周期，其值越大周期越小反之相反、计数值寄存器PWMVAL0及PWMVAL2的值决定了驱动信号的相位差、PWM死区寄存器PMDEADTM的值决定了驱动信号的占空比，其值越大占空比越小反之相反。因此可以方便的对驱动信号的三个参数进行调节。
3测试结果及分析
电机空载情况下，分别进行调频、调压及调相测试，图3、图4、图5分别给出了三种调节时由DSP产生的PWM波形及对应的经过推挽逆变放大的驱动电压波形。
由以上波形可以看出驱动电压的频率可以在49.70KHz到53.64KHz之间连续可调完全可以覆盖超生波电机的工作频段；驱动电压峰峰值可在230V到296V，同样可以满足超声波电机对驱动电压的要求；驱动电压的相位差可在-90度到+90度之间连续可调，可以满足电机转速及转向的调节需求。
4结束语
本文介绍了一种基于DSP的超声波电机驱动控制电路，对电路的设计作了说明，并针对超声波电机的三种控制方式对电路功能进行了测试，测试结果表明该电路可以满足超生波电机驱动控制的需要。
参考文献：
[1] 陈欢等.一种基于DSP的超声波电机驱动控制电路[J].微电机，2008，35 （2）.
[2] 李华峰等.使用PI控制的超声波电机精密位置控制[J].微电机，2002，35 （2）.
[3] 胡敏强等. 超声马达模型分析的研究[J]. 微电机，2002（1）.
[4] 金龙等. 基于DSP的超声波电机控制系统[J]. 电工技术学报，2004（8）.
[5] 陈维山等.基于DSP的行波型超声波电4机的驱动与控制[J]. 机械工程师，2005（8）.
[6] 李本红.基于DSP的全数字直流伺服电动机位置随动系统的设计[J].电机技术，2006（1）.
作者简介：
陈欢， 男， 汉族 （1982- ）。硕士，主要从事超声波电机的驱动与控制研究。