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高性能超声电机驱动测试系统
资料介绍
超声电机（USM）是上世纪80年代发展起来的一种新型微特电机。它利用压电材料的逆压电效应，使压电材料在超声波频率振动，引起弹性体（定子）的共振，通过定转子之间的摩擦得到运动和力矩。超声电机拥有如无电磁干扰、断电自锁、响应快、低速大转矩等不同于传统电磁电机的优点，在航空航天、机器人、汽车、精密仪器仪表等多个领域都有应用。
本文介绍了超声电机的特点、发展和驱动要求，介绍了超声电机的驱动控制技术。超声电机的驱动控制技术还不够成熟，现阶段应用较为广泛的PWM逆变式驱动技术存在谐波分量大、驱动效率不高等缺点。本文设计了基于正弦信号功率放大的超声电机驱动方案。该驱动方案中使用单片机和DDS芯片设计了频率、幅度、相位可调的正弦信号发生器，分别设计了基于Class AB和Class D两类功放的功率放大电路以及相应的变压器，并为TRUM-40和TRUM-60型电机设计了匹配电路。与PWM逆变式驱动方案相比，基于Class AB的驱动方案具有信号失真小、调压方便等优点，适用于需要精密控制电机的场合；基于Class D的驱动方案在减少输出信号谐波分量的同时，兼顾了电源效率和电路成本，进一步实现了超声电机驱动器的小型化。
由于超声电机快速响应的特点，当电机启动时，易出现加速度过大而对基座产生冲击的情况，当电机需要平稳启动时，这种影响尤其不可忽视。本文使用基于Class AB的驱动方案对超声电机的启动特性进行了测试，使用光电编码器测量转速，通过单片机采集数据上传到上位机，使用MATLAB进行数据处理。实验测试并分析了降频启动和升压启动时TRUM-60电机的速度曲线，分析了降频启动时该电机的加速度曲线，对实现超声电机的平稳启动具有重要意义。
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