基于DSP的壓電電機(jī)數(shù)字驅(qū)動(dòng)電源研究.pdf

1、針對(duì)高端制造裝備對(duì)大行程、高精度直線運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的廣泛需求，研究集宏微運(yùn)動(dòng)于一體的新型直線壓電電機(jī)，提出交流宏驅(qū)動(dòng)和直流微驅(qū)動(dòng)兩種工作模式，即利用納/微米級(jí)的微運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償宏運(yùn)動(dòng)由于精度不足造成的誤差，實(shí)現(xiàn)高精度、大行程、高頻響的精確定位控制。由于驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)性能好壞直接影響著壓電電機(jī)的性能，為此，本文針對(duì)集宏微一體的直線壓電電機(jī)，建立相適應(yīng)的電源驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。
　　文章介紹了壓電直線電機(jī)的運(yùn)行機(jī)理，及現(xiàn)有的驅(qū)動(dòng)方案，并根據(jù)壓電直線電機(jī)對(duì)驅(qū)動(dòng)

2、電源性能的要求，提出可控硅整流+ DC-DC半橋變換器兩級(jí)級(jí)聯(lián)的電壓控制，以獲得分辨率高，頻帶寬的可調(diào)電壓，并根據(jù)多級(jí)調(diào)節(jié)的電路特點(diǎn)提出兩種控制器相融合的控制策略，提高系統(tǒng)的運(yùn)行效率。系統(tǒng)采用DSP28335為核心控制器，實(shí)現(xiàn)壓電電機(jī)的信號(hào)發(fā)生器、系統(tǒng)監(jiān)測(cè)、控制算法等功能，實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)的精密控制。
　　電源驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)主要分為兩部分：硬件電路與軟件程序編程。硬件電路包括：可控硅整流調(diào)壓及過零點(diǎn)信號(hào)檢測(cè)電路，實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)過零信號(hào)的檢測(cè)以及整流

3、調(diào)壓；高頻半橋變換電路，實(shí)現(xiàn)電壓提升以及原副邊隔離，并通過提高開關(guān)頻率減小系統(tǒng)體積，實(shí)現(xiàn)小型化；半橋變換電路，通過控制半橋電路中MOS管的通斷，不僅能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)壓電電機(jī)宏微驅(qū)動(dòng)的高效轉(zhuǎn)換，更能通過控制MOS管的通斷頻率、不同橋的相序，實(shí)現(xiàn)壓電電機(jī)的速度控制；隔離驅(qū)動(dòng)電路，實(shí)現(xiàn)控制器與被控對(duì)象的電氣隔離，放大驅(qū)動(dòng)信號(hào)，驅(qū)動(dòng)MOS管通斷，是高低壓連接的一座橋梁；采樣/保護(hù)電路，針對(duì)控制對(duì)象非線性、耦合性等問題，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行閉環(huán)反饋調(diào)節(jié)，提供驅(qū)動(dòng)

4、系統(tǒng)穩(wěn)定性，保護(hù)系統(tǒng)正常運(yùn)行；多路低壓電源輔助電路，為控制芯片、控制器等提供穩(wěn)定，為系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行提供基本保障。
　　軟件設(shè)計(jì)包括：ADC的轉(zhuǎn)換/校準(zhǔn)，PWM控制信號(hào)的生成，控制策略的設(shè)計(jì)以及輸出狀態(tài)的監(jiān)測(cè)保護(hù)等。輸入控制信號(hào)及采樣信號(hào)通過AD轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，為控制器提供輸入量，實(shí)現(xiàn)對(duì)輸出狀態(tài)的控制，控制器針對(duì)輸入控制量的大小或改變 PWM波形的頻率、占空比、相位或改變IO口的輸出狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)幅值0~600V動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)，相位-90°~9

5、0°調(diào)節(jié)，分辨率為1°；頻率為20~70KHz調(diào)節(jié)，分辨率為10Hz；占空比為0~100％調(diào)節(jié)，分辨率為1%，并通過LCD顯示實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的控制狀態(tài)。
　　針對(duì)文章進(jìn)行的理論分析，對(duì)各個(gè)模塊進(jìn)行試驗(yàn)驗(yàn)證，試驗(yàn)表明各個(gè)模塊都能正常運(yùn)行，并且對(duì)各個(gè)模塊進(jìn)行改進(jìn)后，性能都明顯提高。同時(shí)針對(duì)不同類型的壓電電機(jī)進(jìn)行試驗(yàn)分析，試驗(yàn)表明各個(gè)壓電電機(jī)均能正常穩(wěn)定的運(yùn)行，電源驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)不僅能夠驅(qū)動(dòng)宏/微壓電電機(jī)，也可用于單獨(dú)驅(qū)動(dòng)宏驅(qū)動(dòng)（如：TRUM60）