摘要：针对超声波电机的控制特点，将目前在工业领域中广为应用的组态软件和分布式数据采集控制模块与所研制的超声波电机驱动控制系统结合起来，组建基于组态软件的超声波电机测控系统。通过pc机串口和工业用数据采集控制模块实现通讯，编制出相应的程序和控制界面。该系统能够实现超声波电机调速、运动控制、速度检测和定位控制。实验结果表明所设计的调频调速驱动控制系统，易于调节和控制，能够满足不同频率的直线电机和旋转电机的驱动与控制要求，系统具有较好的稳定性。

关键词：超声波电机；驱动控制；组态软件

中图分类号：tm359. 9    文献标志码：a    文章编号：1001-6848{2010)03-0042-03

        

    超声波电机具有低速、大转矩、体积小、响应速度快、微位移、不受电磁场的影响、掉电自锁、设计自由度大等特点，在家用电器、机器人、

办公自动化等领域成为有良好发展前景的驱动装置[1-5]。超声波电机对驱动信号的要求较高，超声波电机结构确定以后，其性能往往不仅取决于电机本身，而且在很大程度上取决于驱动电路的设计。超声波电机随着温度升高，电机运行条件会发生变化，电机的谐振频率会产生漂移，在高精度定位场合很难得到满意的控制性能，需要高性能的传感器对电机进行闭环控制。国内外学者为改善超声波电机性能，对超声波电机的驱动与控制做了大量研究[6-10]。

  从控制方面看，由于超声波电机的控制变量与转速及负载之间的复杂非线性，超声波电机比电磁电机的控制更难。为此本文结合组态软件研究超声波电机的驱动与控制技术。

    超声波电机驱动系统由计算机、接口转换模块、电机控制模块、压频转换模块、电机驱动模块、参数检测模块和传感器组成，直线超声波电机驱动控制系统如图1所示。

    由计算机发出驱动信号，通过控制模块输出控制电压，经压频转换电路把控制电压转换为两路高频正弦交流信号驱动超声波电机。

 

    系统通过调整电机的驱动频率实现转速控制，电路如图2所示。调频电路采用内部带有压控振荡器(vc0) cd4046产生方波信号，电路可以方便的实现频率调节，线路结构简单，在整个频率段均可获得很好的稳定性。vc0振荡频率的范围由rl、r2和ci决定。

    为了驱动谐振频率在20 khz~ 100 khz范围的超声波电机，因此要求信号发生器输出方波信号频率在80 khz~ 400 khz之间。适当调节ri、

r3、ci的参数值可以调节输出方波信号的频率范围，一般cd4046的****频率为1 2 mhz( vcc=15 v)。

  移相电路由双向移位寄存器40194实现，压控振荡器产生频率可调的方波信号作为40194的时钟信号，每输入一个脉冲信号，输出端的四个状态就变动一次，而且相位依次相差90度。由控制端5，和so的状态组合，可以实现40194输出信号对超声波电机的芷转／反转控制。方渡信号经双向移位寄存器40194处理后，输出端得到4路相位差90度的方波信号，用此信号驱动两路推挽功放电路，可以得到相位差为90度的两路高频方波信号，完全满足超声波电机的驱动需要。

    调频调速控制电路中控制电压与驱动信号频率的关系曲线见图3所示。

    图3表明，输入电压从1. 50 v到10. 50 v范围，vco的输出信号频率与输入控制电压成正比，具有比较好的线性度，此时对应电机驱动信号的频率为17. 40 khz~ 83. 28 khz，满足研究室研制电机的驱动控制要求。而当输入电压低于1. 50 v或大于10. 50 v时，有死区电压。