摘要：由于超声波电机具有非线性、时变性、强耦合等特点，增加了它的控制难度，采用pid等常规控制方法难以满足较高精度的控制需求。单神经元作为一种神经网络应用形式，具有自学习和自适应能力，而且易于实现。设计了基于低频pwm方法的单神经元自适应pid转速控制策略，构建了超声波电机自适应闭环控制装置。在一定程度上解决传统pid调节器不易在线实时整定参数、难于对复杂控制对象进行有效控制的不足。实验证明，该控制系统具有响应迅速、适应性强等优点。

关键词：超声波电机；单神经元；自适应控制；低频pwm

中圈分类号：tm359.9    文献标志码：a    文章编号：100l-6848（2,010）02-0044-03

    超声波电机( usm)是一种新型微特电机，由于其不同于传统电机的诸多特点，使其在非连续运动及精密运动控制领域具有广阔的应用前景。超声波电机是由两相幅值相等、相位差一般为90度的高频正弦电压驱动的。驱动控制单元的性能直接影响超声波电机的性能，模糊、自适应、神经网络等控制方法。均已应用于超声波电机控制。

  低频pwm控制方式是超声波电机控制的一稀新思路。它不是通过改变电机输入电压的频率、幅值、相位来实现转速控翘目的，而是采用驱动电压的通断控制，能够简化电机控制过程的非线性关系。本文采用这种控制方式，实现了超声波电机转速控制系统。由于超声波电机的转速与输入控制量具有非线性关系和时变性，采用传统pid控制不能取得很好的控制效果。单神经元作为构成神经网络的基本单位，具有自学习和自适应能力，而且结构简单、易于在线实现。传统的pid调节器也具有结构简单、调整方便等特点，但不易在线实时整定参数。本文采用单神经元自适应pid控制算法，把两种控制策略的优点结合起来设计了超声波电机转速控制装置，提高了系统自适应能力，改善了控制效果。

  本文根据超声波电机的驱动要求，设计了一种基于直接数字合成技术( dds)的超声波电机驱动控制器。结构框图如图1所示。以dsp为核心的控制单元主要实现控制、计算和数据的采集功能；以cpld为核心的执行单元作为信号发生器，根据dsp的传送的指令或数据，产生超声波电机行波超声波电机单神经元自适应控制张春阳，等所需的pwm信号；而驱动单元实现把四路对称pwm信号作用于两相推挽逆变电路及匹配电路，输出具有一定幅值、频率和相位差的两相正弦电压驱动超声波电机。cpld内设计了spi通讯端口，dds信号发生器的频率、相位、幅值控制字通过dsp的spi端口进行通讯，并利用dsp的两位通用gpio口作为dds频率、相位差、幅值控制字的选择端，来识别传送控制字的类型。

    图2给出了基于dds的对称pwm信号发生单元的原理图。通过设置dsp的pwm模块模值寄存器pwmcm和计数值寄存器pwmval，把dsp产生的低频pwm信号接至pwm，与对称pwm信号稆与，即可实现低频pwm通断控制。

 

   图3、图4分别给出了该驱动控制系统的频率一转速、低频pwm占空比一转速特性曲线。

  

    传统增量式pi调节器的算法为

    对于传统的pi或者pid调节器，其参数在初始化时已经设置好，不便于在线修政，因此当控制对象发生变化时，就不能对控制对象进行很好的跟踪。本文采用单神经元自适应算法来实现pid参数的在线调整，可以使pid调节器的参数随被控对象的变化而变化。这是由于神经元具有自学习功髓，在运行中可以根据被控对象的变化，对神经元的权值进行调整，使得pid控制器具有自适应功能。

  单神经元自适应pid结构框图如图5所示。图中yr(k)和y(k)分别为控制