摘要：针对核磁共振医疗设备中对执行电机无磁化的特殊要求，利用超声波电机不含线圈、绕组通过超声振动、摩擦耦合的驱动原理，设计了一款无磁行波型超声电机。为了实现快速响应和精确定位，采用高精度****式编码器反馈转速和位置信号，控制上采用转速内环和位置外环的双闭环控制。硬件设计采用PIcl6F913单片机
作为控制核心，母后制作样机，试验结果证明了控制设计方案的可行性。

    关键字：超声波电机，编码器，PIcl6F913，双闭环控制
O引言
    核磁共振成像(Nucleus Magnetic Reson_dnce Imaging，简称M R1)，是上世纪八十年代才发展起来的影像诊断技术。其基本原理是将人体置于特殊的磁场中，用无线电射频脉冲激发人体内氢原子核，引起氢原子核共振，并吸收能量。在停止射频脉冲后，氢原子核按特定频率发出射电信号，并将吸收的能量释放出来，被体外的接受器收录，经电子计算机处理获得图像，这就叫做核磁共振成像。MR扫描设备：根据磁体的形成可分为永磁型(钕铁硼)、电磁型及超导型三种，根据磁场的强度可分为高场、中场及低场，高场是指1 OT(Tesla 1T=1000(高斯)以上的，低场是指03T以下的，其余为中场的。
    超声波电机是20世纪80年代发展起来的一种直接驱动的新型微特电机。同传统电磁电机相比，超声波电机不依靠电磁相互作用来传递能量，而是利用压电陶瓷片的逆压电效应激发的微观
振动作为驱动力，通过共振放大和摩擦耦合转换成转子或滑块的宏观运动。具有低速大扭矩、无电磁F扰、响应快速、运行无噪声、断电自锁等优点。在精密控制领域、工业控制系统、汽车专
用电器、机器人应用、医疗设备等领域具有比传统电机更优越的应用前景[1u3]。正是基于超声波电机无绕组、无电磁场的特点，成为核磁共振医疗设备中执行电机的****。

    根据客户对额定力矩要求，选用usM50超声电机。而且无磁电机要求电机的各个零件不能导磁，所以在定子、转子、转轴、轴承、机壳等材料选择上必须是不导磁材料。
    电机结构如图1所示：1****编码器、2．无瓷轴承、3机壳、4转子、5摩擦材料、6定子、7．输出轴。定子材料采用铝青铜、转子采用硬铝合金、轴采用黄铜、机壳采用铝合金、轴承采用陶瓷基轴承。
2控制器硬件设计
超声电机速度调节采用调频调速。硬件设计，采用压控振荡器cD4046锁相环芯片作为核心。cD4046内部含有鉴相器、压控振荡器，其外部引脚如图2所示。作为方波发生器用，通过调节
9脚输入电压巧。大小就可以改变输出方波信号。的频率。

    控制器采用8位单片机PIcl6F913。****编码器输出的位置信号经过解码后输入到I／O口，正转时其位置信号十六进制数递增；反转时递减。经过内部程序计算处理后，得到电机的转速和****位置。根据给定转速实时调节电机转速，经过D／A转换和运算放大形成控制信号，送到cD4046的9脚矿Ci。，调节电机驱动频率，使电机速度跟踪给定转速。单片机问时根据上位机给定位置和正反转方向指令，外环作闭环控制，实时给出cw／ccw信号和电机启停信号。PIcl6F9I 3及其外部电路连接如图3所示。
3通信
    上位机和控制器的通信采用串口通信，电平转换采用芯片Rs232。主要包括接收上位机发送的速度、位置、及控制信号；向上位机发送速度、位置脉冲信号。根据控制要求用Ⅵsual Basic语言编写了通信界面，如图4所示。可以实现位置置零、顺时转动、逆时转动、转速设定、位置设定、而且可以设置连续指令执行。执行完之后对电机位置返回执行信息。