技術領域

本發明屬于兩相超聲電機驅動控制領域。

背景技術

作為一種典型的壓電致動器，超聲電機可利用定子中壓電材料的壓電效應，將所輸入的電能轉化為定子振動形式的機械能，再依靠外部預緊力的作用，將振動形式的機械能最終轉化為轉子轉動形式的機械能，進而實現輸出轉速的目的。為了使超聲電機可以對負載輸出機械能，需要對超聲電機施加具有正交相位的交變電壓。因此，從上述電機運動機理可知，調節所施加的交變電壓的頻率或幅值即可實現對電機轉速進行控制的目的。

然而，應用現有超聲電機驅動方法對電機轉速進行控制時，具有如下問題：

(1)為了降低由于電機溫升而對電機特性產生的不利影響，輸入電壓的頻率常作為跟蹤電機工作點的控制量，即所謂的頻率跟蹤控制方法，具體是指，以反映電機工作狀態的物理量(如輸入電流與電壓間相位差、轉速等)作為反饋量，通過調節輸入電壓的頻率，使得反饋量與預設的指令值保持相等，進而即可最終實現保持電機穩定工作于某一工作狀態的目的。因此，在應用了頻率跟蹤控制方法的系統中，無法再使用頻率對電機轉速進行控制；

(2)在調節幅值時，為了實現效率的最大化，需保持兩相輸入電壓的幅值始終相同，與此同時，由于壓電陶瓷特性及摩擦產生機理的共同影響，單獨調節幅值時，超聲電機將具有較大的調速死區，即無法獲得較低轉速，導致超聲電機的調速范圍極為有限，此外，還存在較大的調速滯環特性，即升壓調速特性與降壓調速特性相差較大。綜上，這一調速方法制約著超聲電機系統在工業領域中的應用。

發明內容

本發明是為了解決現有對超聲電機的調幅調速驅動方法中，電機的輸入幅值相同，單獨調節幅值時，存在調速死區大、調速比小及滯環大的問題，本發明提供了一種基于輸入電壓非恒等幅值的轉速控制系統及方法。

基于輸入電壓非恒等幅值的轉速控制系統，它包括轉速指令生成模塊、非恒等幅值電壓生成模塊、匹配電路和轉速測量模塊；

轉速指令生成模塊，用于生成轉速指令值；

轉速測量模塊，用于對超聲電機的轉速進行測量，獲得轉速測量值；

非恒等幅值電壓生成模塊，用于接收轉速指令值和轉速測量值，并將轉速指令值作為被減數與轉速測量值作差，根據滿足電機轉速的控制需求，獲得進行轉速控制時所需的控制變量，該控制變量經過功率放大，最終獲得超聲電機的兩相輸入電壓U_A及U_B；

所述的兩相輸入電壓U_A及U_B為脈寬非恒等的交變電壓，且兩相輸入電壓U_A及U_B的脈寬線性相關，當α_A≤π時，α_A+α_B＝π；當α_A>π時，α_A-α_B＝π；兩相輸入電壓U_A及U_B的相位差恒定為π/2，

所述的超聲電機的兩相輸入電壓U_A及U_B中的基波成分的幅值均由母線電壓U_CC和脈寬α_A決定，其中，

電壓U_A中的基波成分的幅值

電壓U_B中基波成分的幅值

其中，U_A和U_B均為交變電壓，α_A表示交變電壓U_A的脈寬，α_B表示交變電壓U_B的脈寬,n表示諧波階次，且階次為奇數，t為時間變量，T為信號周期；

匹配電路，用于對接收的兩相輸入電壓U_A及U_B進行濾波、放大，最終實現輸出加載至超聲電機的兩相電壓信號近似為標準正弦信號；

所述的超聲電機為兩相超聲電機；

所述的非恒等幅值電壓生成模塊采用具有功率放大功能的電路/集成芯片實現。

基于輸入電壓非恒等幅值的轉速控制方法，該方法包括如下步驟：

用于生成轉速指令值的步驟；

用于對超聲電機的轉速進行測量，獲得轉速測量值的步驟；