旋转超声电机微位移瞬态非线性机理及控制方法研究

理论上分析了超声电机的瞬态机械特性、步进机理和超声电机中存在的非线性现象。搭建了嵌入式的超声电机微步距控制检测系统，进行了与稳态步距相关的实验研究。从实验中总结分析了非线性因素对超声电机性能的影响。准确地测定了超声电机最小单步波数的个数，清晰地观察电机微步距和稳态步距的波形图，为后续控制算法的研究提供了验证平台。.设计了一种新型的双PWM超声电机驱动控制器，进行了输出特性、启动和关断特性、单相调压调速、闭环特性研究。能够实现调压调节与调频调节的独立控制。通过有效的软/硬关断控制机制，实现超声电机的伺服驱动与微纳级定位控制。单相调压方式是基于双PWM功率驱动拓扑结构的控制方式的创新，该方式使超声电机的伺服特性得到了充分的展现。.提出了超声电机精密微步距PID 控制算法，并在大量试验结果基础上对其进行有效的改进，优化了控制效果，增强了系统的鲁棒性。在此基础上，又将此方法拓展到超声电机驱动的3-PRR平台、 锁紧装置和光阑等的精密定位控制上。微步距角<1µrad,超声电机驱动平台的直线定位精度达到0.5µm。