行波超声波电机伺服控制技术研究进展
摘要：超声波电机利用压电陶瓷的逆压电效应，将电能转化为机械能，电机输入输出之间存在明显的非线性和时变性，文章总结了国内外行波超声波电机控制技术的发展趋势，论述了行波型超声波电机速度控制和位置控制技术的研究进展。
关键词：超声波电机；伺服控制；研究进展
O引言
超声波电机(u1∞sonic Motor简称uSM)是国外八十年代发展起来的新型微电机，它是一种将压电陶瓷逆压电效应激发的微观振动作为驱动力，通过多种振动模式的转换与耦合，使电能
转变成机械能的驱动装置。近年来，超声波电机作为一种直接驱动电机取得了飞速发展，并且在伺服控制方面日益表现出其优良工作特性。超声波电机从出现到现在仅有十多年的时间，但它已经应用于工业控制、精密仪器仪表、汽车专用电器、办公自动化设备、智能机器人等领域中。超声波电机推广应用和它的驱动控制技术分不开的，只有结合有效的控制方法和控制策略，才能充分发挥超声电机的****性能。
1行波超声波电机速度控制的研究
超声波电机输入输出之间存在明显的非线性和时变性。转速控制主要分为减缓电机时变特性的状态反馈控制和转速精确调整的输出反馈控制。
1 1状态反馈控制
为了克服谐振点随电机温度变化而漂移，通常有恒孤极电压控制和恒激励电压电流阻抗角控制两种方法“】。在这类控制方式中，控制器的馈入量并非转速值，而是电机自身的状态特征参数。图1为1992年日本人Funlya设计的基于H调节器的孤极控制器框图锄，使孤极电压E s基本不随电机温度变化而变化，减缓由温升带来的电机转速变化。图2为其设计的恒阻抗角控图，
控制器采集电机电压信号和电流信号，经鉴相器后产生的电压信号可反映行波超声波电机等效电路的阻抗角变化，控制器通过调整频率控制该电压信号基本不变，克服电机谐振点因温升带来的变化。
1998年法国人Ferreira提出了孤极电压、阻抗角双闭环复合控制吲，系统框图如图3所示他根据阻抗角≯调节驱动频率来克服谐振点漂移；利用根据孤极电压来条件PWM波的占空比
克服由于负载变化造成的谐振点变化，进而克服转速变化。
1 2输出反馈控制
解决行波超声波电机输入输出间的非线性关系和动态数学模型的不精确性，速度控制算法中通常要加入模糊、神经元等智能环节。变参数调节是行波超声波电机转速控制的主要特征。
国内外学者利用实际转速或转速误差的变化率与转速误差作为输入构成二元模糊控制器，利用频率调节对行波超声波电机的转速特性进行了相关控制研究。通过实际转速设计模糊规则，可以直接体现电机的菲线性，但转矩改变时，模糊推理器的输入输出需要有较大调整，在跟踪控制中模糊规则的制定存在难度。
由于神经网络具有逼近任意非线性的能力，1998年T Senjyu利用BP神经网络(NN)的在线自学习和自适应功能，在线调整控制器结构参数，通过改变驱动频率调节电机转速，克服电机
运行时的非线性，控制器结构如图4所示。在控制器中，转速的设定值和转速误差作为网络输入，频率的调整值作为输出。
为了解决单控制算法控制效果受限的问K．T Chau设计了基于神经网络模糊推理的转速控制器(NFC)，控制器结构如图5所示㈣。控制器采用频率、电压(占空比)双调节量控制，利用调压调速线性化程度高的特性缓解行波超声波电机的部
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