摘要：为实现超声波电机系统运行效率****化，该文在保证转速闭环控制性能的基础上，实现了包含驱动电路在内的电机系统效率优化控制。并给出了基于开环转速调节特性和基于模糊控制的两种改变驱动电压幅值调节步长的优化控制方法，缩短了效率优化过程时间，提高了系统总体运行效率，改善了转速}jj环控制性能。实验表明了所提方法的有效性。

关键词：超声波电机；系统效率；优化控制

中图分类号. tm359. 9    文献标志码：a    文章编号：1001-6848( 2010) 07-0025-04

    超声波电机虽有诸多优点，但超声波电机运动控制系统的运行效率远低于传统电磁电机[2-3]。且目前超声波电机的主要应用场合均为有限能源供电场合，效率问题是超声波电机能否在相关领域广泛应用的关键。因而，如何提高效率已成为超声波电机领域必须研究解决的关键问题之一。

    本文在研究超声波电机系统效率控制特性的基础上，设计并实现了超声波电机系统效率在线优化控制，给出了基于开环转速调节特性和基于模糊控制的两种变步长效率优化控制算法，缩短了效率优化过程时间，使系统总体运行效率得到提高。

    超声波电机系统的效率优化控制，需要能够表征电机系统当前效率状况的反馈。因输出机械功率不易直接测量，所以电机系统的效率反馈通常采用间接方式。若驱动电路输入电源电压恒定，则电路输人电流的变化就反映了电机系统在当前负载情况下的效率变化，且两者之间成反比例关系；减小输入电流即可降低电机系统输入功率，亦即提高超声波电机系统的运行效率。所以，可以根据输入电流幅值的变化来判断电机系统的效率是否提高。

    本文研究采用调节驱动电压幅值的方法，实现超声波电机系统效率在线优化控制。为此，设计了图1所示的转速闭环+效率优化的控制系统。图示系统采用基于相移pwm的h桥驱动电路m1，系统的控制过程为，电机在极点配置转速控制器控制下，由零速开始调频启动；启动时，驱动电压幅值给定值uref的初值uref(0)= 300 v。当启动过程结束、转速达到稳态时，效率优化控制器开始调节，进行效率优化控制；效率优化控制过程中，转速闭环控制依然调节频率以保持转速控制性能。效率优化控制器根据当前时刻输入电流反馈变化量δi（k），确定uref的调节方向（增加或减小）。例如，若δi (k)<0，即输入电流正在减小，则维持k-l时刻的uref调节方向不变，继续按照给定的步长（一次调节的变化量）增加或减小；反之，则改变调节方向。控制过程中，步长始终保持不变，故可称之为定步长效率优化控制。

   

    图2给出了转速给定值nrd =30 r.min^-l，设定uref调节步长为1v时的效率优化过程实测曲线。由图2可知，可以通过uref，一直减小来实现系统的效率优化。但是由图2也可看出，对应于uref不断减小的调节过程，转速偏差明显大于无uref；调节的时段。这表明，作为一种外加扰动，驱动电压幅值的改变影响了转速控制效果。

    前述效率优化控制采用固定降压步长的优化方式。在这种定步长效率优化控制中，若降压步长增大，则uref下降速率加快，效率优化过程时间缩短，可以使系统的总体运行效率得到进一步提高。但由实验结果可知，若增加步长使得uref的下降速度过快，电机转速会迅速大幅下降，甚至导致电机突然停转。这表四固定的降压步长值存在上限；且实验流）变化与电压幅值调节之间的关系，这一关系是设计效率优化控制的前提和基础。实验表明，在实际可调的驱动电压幅值范围内，未发现电压幅值一输入电流变化曲线的拐点，即曲线具有单调下降性，驱动电压幅值越低，输入电流越小，系统效率越高。因此，要实现系统效率优化控制，只需在驱动电压的可调范围内一直降压，直到降至驱动电压下限值，此时系统的直流输入电流达到最小值，就实