专用超声波电机驱动电路研究

专用超声波电机驱动电路研究

专用超声波电机驱动电路研究分类号ＴＰ２７１．４—５３３（１）ＵＤＣ密级公开编号中国工程物理研究院专用超声波电机驱动电路研究指导教师姓名文贵印研究员申请学位级别工学硕士专业名称通信与信息系统论文提交日期２００５．３．１５论文答辩日期２００５．４．２８学位授予单位和日期中国工程物理研究院答辩委员会主席２００５年３月１５日专用超声波电机驱动电路研究摘要超声波电机（ＵｌｔｒａｓｏｎｉｃＭｏｔｏｒ简称ＵＳＭ）是一种新型的微特电机，有别于传统的电磁电机。在本文引言中，说明了ＵＳＭ与传统电磁电机相比的主要优点、基本组成及应用前景，同时说明了开展专用ＵＳＭ的驱动电路研究工作的背景及主要工作内容，作者要完成设计、样品加工及应用三部分工作等，此论文就是这三部分研究工作的总结。首先，根据对驱动电路的要求，结合国内外传统压电马达驱动电路的系统方案，设计出专用超声波电机的驱动电路的系统方案。在本方案中增加了位置检测与归零单元，去掉了频率跟踪单元，采用ＤＳＰ作为控制单元，整合了电机驱动信号产生、电机选择与启动、位置检测信号处理和特殊信号译码等功能，有利于电路小型化和稳定性。方案具有新颖和独特性。其次，详细介绍了利用仿

真与实际调试相结合的方法，完成了推挽逆变电路及升压

脉冲变压器的工程设计和调试，着重解决了浪涌及功率开关管保护等问题，注意了变压器绕制工艺与漏感的关系。采用ＤＳＰ芯片实现了多种控制和软、硬件结合，给出了用Ｃ语言编写的程序，重点解决了程序的调试与抗干扰问题。采用独特的数字编码方法，实现了位置检测的结构设计，完成了性能初步调试以及与ＤＳＰ组成闭环系统，消除电机

不断步进引起的空间位置上的积累误差，实现了电机步进误差归零的技术要求。设计了电路工程板图，完成了样机两台的加工和调试工作，与超声波电机进行了匹配调试实验，重点解决了阻抗匹配问题，达到了驱动电路的设计指标，实现了设计、加工、匹配调试三部分工作的基本要求。最后，根据前一段工作，提出了一些今后工作的意见，特别是工程应用化与集成化方面的研究想法。关键词：超声波电机，驱动电路，ＤＳＰ，脉冲变压器，位置检测与归零专用超声波宅机驱动电路研究ＡｂｓｔｒａｃｔＵｌｔｒａｓ

ｏｎｉｃＭｏｔｏｒ（ＵＳＭ），ａｓａｎｅｗｔｙｐｅｍｉｃｒｏ—ｍｏｔｏｒｉｓｄｉｆｆｅｒｅｎｔｆｒｏｍｔｈｅｃｏｎｖｅｎｔｉｏｎａｌｅｌｅｃｔｒｏｍ

ａｇｎｅｔｉｃｍｏｔｏｒ．Ｉｎｔｈｅｉｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎ，ＵＳＭ’ｓａｄｖａｎｔａｇｅｓｃｏｍｐａｒｅｄｔｈｅｃｏｎｖｅｎｔｉｏｎａｌｅｌｅｃｔｒｏｍ

ａｇｎｅｔｉｃｍｏｔｏｒｍａｍｃｏｎｓｔｒｕｃｔｓ

ａｎｄｔｈｅｐｒｏｓｐｅｃｔｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ．Ｂａｓｅｄｏｎｔｈｅｄｅｍａｎｄｓｏｆｍｉｎｉａｔｕｒｉｚａｔｉｏｎ，ｔｈｅｂａｃｋｇｒｏｕｎｄａｎｄｔｈｅｍａｉｎｔａｓｋｓｏｆｓｐｅｃｉａｌｄｒｉ

ｖｉｎｇｃｉｒｃｕｉｔａｒｅｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ，

ｔｏｏ．Ｄｅｓｉｇｎｉｎｇｓｕｃｈａｃｉｒｃｕｉｔ，ｍａｋｉｎｇｍａｔｃｈｉｎｇｗｉｔｈＵＳＭａｒｅｔ

ｈｅｍａｉｎｔａｓｋｓｏｆｔｈｅａｕｔｈｏｒ．Ｓｏｔｈｉｓｐａｐｅｒｉｓｔｈｅｃｏｎｃｌｕｓｉｏｎｏ

ｆｔｈｅｓｅｗｏｒｋｍｏｔｉｏｎｅｄａｂｏｖｅＦ

ｉｒｓｔ，ａｆｔｅｒｓｔｕｄｉｅｄｍａｎｙｃｏｎｖｅｎｔｉｏｎａｌｓｙｓｔｅｍｓｃｈｅｍｅｓｏｆｄ

ｒｉｖｉｎｇｃｉｒｃｕｉｔｓａｄｏｐｔｅｄｉｎｔ

ｈｉｓｄｏｍａｉｎａｎｄｂａｓｅｄｏｎａｃｔｕａｌ

ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓ，ａｓｙｓｔｅｍｓｃｈｅｍｅｆｏｒｔｈｉｓｓｐｅｃｉａｌｃｉｒｃｕｉｔｉｓｄ

ｅｓｉｇｎｅｄ．Ｉｎｔｈｉｓｓｃｈｅｍｅ，ｆｒｅｑｕｅｎｃｙｔｒａｃｉｎｇｕｎｉｔｉｓｃａｎｃｅｌ

ｅｄ，ａｐｏｓｉｔｉｏｎｌｏｃａｔｉｎｇａｎｄｅｒ

ｒｏｒｃｌｅａｒｉｎｇｕｎｉｔｉｓｉｎｓｔｅａｄ，ＤＳＰｉｓａｄｏｐｔｅｄａｓｔｈｅｃｏｎｔｒｏｌ

ｕｎｉｔｗｈｉｃｈｈａｓｍａｎｙｆｕｎｃｔｉｏｎｓｓｕｃｈａｓｆｏｒｍｉｎｇｄｒｉｖｉｎｇｓｉｇｎａｌｓ，ｓｅｌｅｃｔｉｎｇｍｏｔｏｒｓａｎｄｃｏｎｔｒｏｌｌｉｎｇｍｏｔｏｒｓｓｔａｒｔ，ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇｓｉｇｎａｌｏｆｔｈｅｐｏｓｉｔｉｏｎｌｏｃａｔｉｎｇｄｅｃｏｄｉｎｇｏｔｈｅｒｓｐｅｃｉａｌｓｉｇｎａｌｓ．Ｃｏｍｂｉｎｅｄｓｏｔｌｗａｒｅｗｉｔｈｈａｒｄｗａｒｅｂｅｎｅｆｉｔｓｔｈｅｍｉｎｉａｔｕｒｉｚａｔｉｏｎａｎｄｔｈｅｓｔａｂｉｌｉｔｙｏｆｔｈｅｓｙｓｔｅｍ．Ｓｏｄｅｓｉｇｎｈａｓａｎｏｖｅｌａｎｄｕｎｉｑｕｅｆｅａｔｕｒｅ．Ｓｅｃｏｎｄｌｙａｍｅｔｈｏｄｃｏｍｂｉｎｅｄｓｉｍｕｌａｔｉｎｇｗｉ也ｐｒａｃｔｉｃａｌｔｅｓｔｉｓｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄｉｎｄｅｔｍｌ．Ａｎｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇｄｅｓｉｇｎａｎｄｔｅｓｔｆｏｒｔｈｅｐｕｓｈ－ｐｕｌｌｉｎｖｅｒｔｅｒａｎｄｐｕｌｓｅｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒｉｓｄｏｎｅ．Ｓｏｍｅｑｕｅｓｔｉｏｎｓ，ｅｓｐｅｃｉａｌｌｙｈｏｗｔｏｓｕｐｐｒｅｓｓｓｕｒｇｅｏｆｔｈｅｃｉｒｃｕｉｔａｎｄｈｏｗｔｏｐｒｏｔｅｃｔｐｏｗｅｒＭＯＳＦＥＴｓａｒｅｓｏｌｖｅｄ．ｉｎｔｈｅｓａｍｅｔｉｍｅ，ｔｈｅｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐｂｅ

ｔｗｅｅｎｔｈｅｍａｎｕｆａｃｔｕｒｅｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｏｆｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒａｎｄｌｅａｋａｇｅｉｎｄｕｃｔａｎｃｅｉｓｎｏｔｉｃｅｄ．ＭａｎｙｃｏｎｔｒｏｌｆｉｍｃｔｉｏｎｓａｎｄｃｏｍｂｉｎａｔｉｏｎｂｅｔｗｅｅｎｈａｒｄｗａｒｅａｎｄｓｏｆｔｗａｒｅａｒｅｆｉｎｉｓｈｅｄＤＳＰ．ＡｎｄｃｏｒｒｅｓｐｏｎｄｉｎｇｐｒｏｇｒａｍｉｓｏｆｆｅｒｅｄＡｄｏｐｔｅｄｕｎｉｑｕｅｄｉｇｉｔａｌｅｎｃｏｄｉｎｇｍｅｔｈｏｄ，ａｃｏｎｓｔｒｕｃｔｕｓｉｎｇｄｅｓｉｇｎｅｄ．ＴｈｅｒｅｓｕｌｔｏｆｔｅｓｔｓｈｏｗｓｔｈａｔｄｅｓｉｇｎｃａｎｃｌｅａｒｃｕｍｕｌａｔｅｅｒｒｏｒａｎｄｓａｔｉｓｆｙｓｐｅｃｉａｌｄｅｍａｎｄｓＡｔｌａｓｔａｎｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＰＣＢｉｓｆｉｎｉｓｈｅｄａｎｄｔｗｏｐｒｏｔｏｔｙｐｅｓａｒｅｆｏｒｍｅｄ．ＭａｔｃｈｅｄＵＳＭ，ｔｈｅｓｅｔｗｏｐｒｏｔｏｔｙｐｅｓａｒｅｖａｌｉｄａｔｅｄｂｙｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｓ．Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｈｏｗｓｔｈａｔｍａｉｎｄｅｓｉｇｎｉｎｇｆｉｇｕｒｅｓａｒｅａｃｈｉｅｖｅｄ．Ａｔｌａｓｔ，ｔｈｅｗｏｒｋｄｏｎｅｉｎｔｈｅｆｉｒｓｔｓｔｅｐｓｕｍｍａｒｉｚｅｄａｎｄｓｏｍｅｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓ，ｅｓｐｅｃｉａｌ

ｌｙｔｈｅｍｉｎｄｓａｂｏｕｔｅｎｇｉｎｅｅｒｉ

ｎｇａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｐｕｔｆｏｒｗａｒｄ，ｔｏｏ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：Ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃｍｏｔｏｒｄｒｉｖｉｎｇｃｉｒｃｕｉｔ，ＤＳＰｐｕｌｓｅｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒ，ｐｏｓｉｔｉｏｎｌｏｃａｔｉｎｇａｎｄｅｒｒｏｒｃｌｅａｒｉｎｇ独创性声明本

人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究

工作及取得的研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得中国工程物理研究院或其他教育机构的学位或证书使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。学位论文作者签名：奠芝轧善签字日期：ｎｒ年３月３１日学位论文版权使用授权书本学位论文作

者完全了解并接受中国工程物理研究院研究生部有关保存、使用学位论文的规定，允许论文被查阅、借阅和送交国家有关部门或机构，同时授权中国工程物理研究院研究生部可以将学位论文全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。学位论文作者签名：夫垒先褥签字日期：一。蛑３月３＼日导师签名：畏奇占Ｆ签字日期：年；月；ｆ日专用超声波电机驱动电路研究第一章引言超声波电机（Ｕｌｔｒａｓｏ

ｍｃＭｏｔｏｒ，简称ＵＳＭ）是二十世纪８０年代中期迅速发展起来的新型电机，它利用压电材料的逆压电效应把电能转化电机定子的机械振动能，又通过定、转子间的摩擦作用驱动转子运动。这种超声波电机具有突出的特点，因而受到广泛关注，在微机械系统（ＭＥＭＳ）、纳米技术、军工、机械人、生物学、医疗器械、航空航天、办公自动化等领域展现出巨大的应用潜力和优势。１．１超声波电机的基本组成和一般工作原理超声波电机种类很多，诸如：驻波型、行波型、纵扭型、复合型……，其结构千差万别，但它的基本组成如图１．１。电能Ｊ压电摇子弹性谇＜定子）几机械能输出摩擦材料转子图１．１超声波电机的结构图从图１．１可见，超声波电机基本有两部分组成：一部分为高频驱动电路；另一部分为电机本体（由定、转子组成）。显然，超声波电机是一种典型的机电一体化产品。超声波电机的工作原理是：高频驱动电路将外部输入的低压直流电源逆变成电机需要的高频驱动电压信号（ｆ＞２０ＫＩ－Ｉｚ），此电压加到压电陶瓷体上（陶瓷体作过极化处理）使定子（压电陶瓷粘在其上的弹性粱）产生弯曲波振动，在定子表面质点形成椭圆运动，导致定子表面质量点与接触转子表面产生相对运动，又因转子表面为摩擦材料，则定、转子间存在滑动摩擦，其摩擦驱动力为Ｆ：‘＝Ｆｆ￡ｃ（ｒ咋）ｄｘ专用超声波电机驱动电路研究其中：Ｆ

为接触点的正压力（一般由预压力产生）：Ｐ为与转子相接触的定子表面质点的切向速度；Ｖ一为转子转速；三为定转子接触区域。由于，的存在，使转子产生运动（直线或转动）。超声波电机的定子由压电陶瓷和弹性体粘合而成，在高频电压驱动信号的作用下，压电陶瓷片通过逆压电效应产生超声波频率振动，实现电能到机械振动能的转换；超声波电机的转子是由转子基体与粘按在其上的摩擦材料组成，并通过弹簧与定子压紧，借助摩擦使定子弹性体的交变振动变成单一方向的转子的直线或旋转运动，实现机械振动能到转子动能的转换。鉴于高频振动是由压电晶体产生的，故超声波电机又称压电马达。超声波电机的高频驱动电路则要保证超声波电机工作在本身谐振频率附近所需的

电压驱动信号的频率、相位和幅值要求，实现最大的电．机转换效率，并且要考虑由于各种原因使谐振频率发生变化、输出力矩改变以及影响工作性能的补偿和控制技术。另外，如果为确保电机转动到几何位置”０（０是步进角，ｎ＝ｏ，１，２…）的地方，电机转动的角度被检测且误差在要求的范围内，那么还需对超声波电机有位置定位和归零的控制技术。１．２行波型ＵＳＭ的结构和工作原理本设计要驱动的专用超声波电机是一种行波型马达，图１．２给出了行波型ｕｓＭ的一般结构图和极化图。（ａ）结构图（ｂ）压电片极化图图１．２行波型ＵＳＭ结构图和极化图从图

１．２ａＮ见，行波马达的本体是由定子和转子构成，且定子上粘有压电陶瓷，从图１．２ｂＮ以看出，ＵＳＭ的压电陶瓷被分成空间成９０。的两个部分（Ａ相、Ｂ相）。这两部分专用超声波电机驱动电路研究压电陶瓷上分别加

上相位差９０。的两相交流电压（频率ｆ＞２０Ｋｔｌｚ）进行激励。由此在定子的中性面上，由逆压电效应所激发的两个驻波的合成行波：阡－（ｒ，口，￡）＝ＡＲ（ｒ）ｃｏｓｍＯｃｏｓｃｏｔ阡名（，，目，ｆ）＝ＡＲ（ｒ）ｓｍｍＯｓｉｎＣｏｔ％（中性面）＝％＋％＝ＡＲ（ｒ）ｃｏｓ（ｍＯ一删）（１－２）其中ｍ为超声波马达振动模态阶次（与极化分布有关），Ａ２（ｒ）为振动幅度。在定子表面（距中性面距离为ｈ）则有：暖；％＝ＡＲ（ｒ）ｃｏｓ（ｔｏＯ一ｒ）根据扳壳理论，在定子表面；，否方向有：ｗｅ—ｚ嵩ｋ一＝；舢ｓｉｎ（ｍ０删彬＝一＾竽＝一ＭＲ’ｐ）ｃｏｓ（ｍＯ一耐）（１－３）又因：ｎ４’所以，定子表面质点作椭圆运动，见（１－４）式，而定子表面Ｐ点的速度为：堕。ｃｌｔ当ｗ—ｚｍａｘ，且定转子不存在滑动时，有：肇：一旦。ｗＡＲｐ）一ｅｅ（１－５）ｄｔ由（１．６）可见转子产生了运动，所以行波马达的工作原理是由驱动电路形成相差９０。的电压信号加在压电陶瓷上，利用逆压电效应形成定子弯曲波振动，且在定子表面形成椭圆运动，从而使转子产生运动。而驱动电

路的设计必须与行波型马达要求相匹配。１．３超声波电机的主要特点１．３．１能量密度大，容易实现小型化同静电电机（ＭＥＭＳ）和电磁电机相比，超声波电机的功率密度比静电电机高出几个数量级，是电磁电机的５～１０倍，表１．１给出了这几种电机的功率密度比较，从表中可专用超声波电机驱动电路研究以看出超声波电机具有较高的功率密度。超声波电机的这～特点，在执行器小型化的技术领域中具有明显的优势，因而成为目前国内外重点探索的一个技术领域。表１．１超声波电机、静电微电机和微电磁电机功率密度计算比较功率密度公式能量电磁密度计算ＭＥＭＳ静电电机ｈＥ２如４０Ｊ／ｍ（Ｅ＝３Ｖ／ｕｍ）电磁式电机（Ｂ＝１Ｔ）１６１０５ｔ，／ｍ３压电超声波电机妻Ｑ。Ｋ３３ｅ３３ｅｏＥ（Ｅ＝１Ｖ／ｕｍ）说明：Ｅ０为真空介电常数；卢为磁导率；民、Ｋ：，、９３３分别为压电电机的品质因数、机电耦合系数和压电晶体的介电常数。１．３．２断电自锁和不受电磁干扰超声波电机是靠定、转子之间的摩擦力作用运动的，而且定、转子之间有很大的预压力作用。因而当电机断电时，由于预压力引起的摩擦力的作用，电机仍能保持断电时的转动位置不变，即超声波电机具有停电自锁功能。这为步进控制提供了有利条件。从超声波电机的运行机理上看，超声波电机的运转未使用磁场，因而不会受到外界电磁干扰的影

响，同时也不会产生电磁场干扰影响其周围的电子器件。１．３．３低速大力矩表１．２给出了超声波电机与电磁电机的性能比较，图ｌ３给出了超声波电机输出转矩与转速和效率关系的机械特性曲线，从中可以看出，超声波电机低速下转矩大而且效率高。正是由于超声波电机低速下能够输出较大的转矩的缘故，所以超声波电机无需利用减速机构增大转矩就可以实现对负载的直接驱动。由于电机和负载之间没有中间的增减速机构，所以也就不会有中间误差产生。专用超声波电机驱动电路研究表１．２超声马达与电磁马达性能比较表停止力矩空载转速扭矩密度最大效率类型结构制造商ｃｍ）（ｒ／ｒａｉｎ）（Ｎ－ｍ／ｋ酌ＥＭＤＣ无刷Ａｅｒｏｆｌｅｘ０．３３１３．５０００２９７１ＥＭＤＣ带剧ＭｉｃｒｏＭｏ０．９９４，０００００４２０ＥＭＤＣ带刷Ｍａｘｏｎ２７５，２００１．１３７０ＥＭＤＣ带刷Ｍａｂｕｃｈｉ１．６０１４，５０００．４２５３ＵＳＭ驻波纵扭Ｋｕｍａｄａ１３３１２０８．８８０ＵＳＭ行波盘型Ｓｈｍｓｅｉ６０１００２．６２７ＵＳＭ行波盘型Ｍｒｒ１７０４０１５行波环型ＵＳＭＭＩＴ０．０５４１７５０２．１８ＭＭ图１．３超声波电机的机械特性曲线１．４超声波电机的国内外发展状况１．４．１超声波电机国内外发展人们在５０年代就

认识了超声波电机的基本原理，但是限于当时材料、加工技术的条件，实用化的超声波电机没能发展起来。直到８０年代，随着材料科学、电子技术以及加工技术的发展，超声波电机从理论到应用都有了长足的发展。并在航空航天、机器人、精密仪器仪表、医疗器械、汽车和照相器材等领域展示了广阔的应用前景。最早出现的超声波电机是在１９６１年，当时ＢｕｌｏｖａＷａｔｃｈＬｔｄ公司首次利用弹性体振动驱动钟表齿轮，工作频率是３６０Ｈｚ，钟表走时准确，在当时引起了人们极大关注。大约１０年后，人们利用压电效应制造出了直线驱动装置和步进电机，并于１９７０－１９７２年，由专用超声波电机驱动电路研究Ｓｉｅｍｅｎｓ公司矛ｌｌＭａｔｓｕｓｈｉｔａ公司研制出具有实际应用前景的压电超声波电机，但限于当时的技术，它们研制的电机振子振幅太小，得不到大的扭矩，因此没得到推广应用。１９７８年，前苏联的Ｖａｓｉｌｉｅｖ成功地构造了一种能够驱动较大负载能力的超声波电机，这种电机使用由两个金属块之间的压电元件所组成的超声换能器，将该换能器激振与转子触的振动片的纵向振动，通过振子与转子之间的摩擦来驱动转子运动。日本的Ｔ．Ｓａｓｈｉｄａ在Ｖａｓｉｌｉｅｖ的研究基础上，在１９８０年提出并成功地设计出了驻波型的压电超声波电机。该电机使用Ｌａｎｇｅｖｉｎ振子，驱动频率为２７．８

ＫＨｚ，输出功率为５０Ｗ，输出转矩为０．２５Ｎ．ｍ。可以说Ｓａｓｈｉｄａ研制的这台电机在性能上是第一次

能够满足实际使用的要求，但由于振动片于转子的接触是

固定在一个位置上，存在接触面上摩擦磨损严重的问题。

为了解决这个问题，Ｓａｓｉｄａ又在１９８２年研制了一台行波型超声波电机，实现了由驻波定点、定期推动转子

变成由行波不断连续推动转子，大大地降低了定子与转子

间的摩擦与磨损。这种电机运动的机理就是定子表面质点形成的椭圆运动。在Ｓａｓｉｄａ研制成功首台行波电机之后，日本掀起了研究压电电机的热潮，于１９８７年推出

了投放到商业应用的行波型超声波电机。此后许多种类的压电电机产品逐步出现并被推向市场，其中最具代表行的是

松下公司和新生公司（Ｓｈｉｎｅｓ）生产的系列产品，图１．４是新生公司的推出的～款ｑｂ６０行波型超声波电机，图１５是日本佳能公司（Ｃａｎｏｎ）应用到其照相机调

焦装置上的环形超声波电机结构图。表１．３、表１４分别是新生公司和佳能公司的系列产品的性能参数。图１．４新生公司ＵＳＲ－６０超声波电机专用超声波电机驱动电

路研究图１．５佳能公司用于相机调焦的环形超声波电机

表１３新生工业公司超声波电机驱动频率驱动电压额定

转矩额定转速机械响应时间质量型号（ｋＩ｛ｚ）（ｒ／ｒａｉｎ）（ｍｓ）Ｌｇ）ＵＳＲ．６０４０１００３

８０ｉ００１７５ＵＳＲ４５４３１００１５０１

５０６９ＵＳＲ．３０４２１００４０２５０３３表１．４佳能相机调焦用超声电机外径、内径、质量驱动

频率输入功率无载转速起动矩效率型号高（１１１ｌｎ）（ｒ／ｒａｉｎ）（ｎａｎ７２８Ｌ７７，６７，１

０４５２９４０１６０３５８．４０Ｌ７３，６３，

１０４５３１４０１４０３５０Ｌ７７，６７，１１．２４０２９４０１６０３５进入９０年代后，随着科学技术的发展以及许多产品智能化、便携式和小微化的要求，微型电机的发展受到广泛的重视，其应用范围也越来越广。压电电机以其结构简单、易于小型化等优点尤其备受世界上

不少国家的关注，加紧对超声波电机的研究，而且呈现多

元化趋势发展。目前已有直径仅为ｌｍｍ的微型超声波电机。日本处于超声波电机技术的世界领先地位，它拥有大部分

的压电超声波电机的专利。最近几年，美国和西欧各国也

正掀起压电超声波电机研究的热潮。尤其是美国，已有一批从事这方面研究的大学和研究所，如麻省理工学院和宾西

法尼亚州立大学等。从超声波电机以上几个主要特点可以

看出，超声波电机在小型化以及ＭＥＭＳ技术相结合组成

多元系统上前景非常看好，虽然目前超声波电机还存在着诸如寿命短、理论分析不充分、自律阻抗匹配以及测试仿真

建模等技术和工程问题，但超声波电机优点突出，专用超

声波电机驱动电路研究故发展十分迅速，愈来愈受到国内外的重视，目前国外已有部分产品得到开发和利用。图１．６是超声波电机用在美国宇航局火星探测车上的例子，其中超声波电机放在机器人的关节部位。我国是在上世纪８０年代中后期开始研究超声波电机的，现有～大批高校和科研院所从事压电超声波研究，如清华大学、浙江大学、南京航空航天大学、哈尔滨工业大学等，而且取得了一定的研究成果，有不少试验样机研制成功，图ｌ７、图１．８分别是清华大学研制出的中ｌ超声波电机和ｏ３０行波超声波电机电机。图１．６超声波电机用于火星探测车图１．７清华大学研制的直径１ｍｍ压电马达图１．８清华大学研制的直径３０压电马达１．４．２目前超声波电机研究主要存在的困难超声波电机是功能陶瓷、超声振动与传播、摩擦驱动、精密加工、电力电子、弹性力学、自动控制技术等多学科交叉的边缘学科，对超声波电机机理的研究涉及到众多的理论知识，尽管目前已有各种各样的超声波电机研制成功，但有关超声波电机机理的探讨仍处于许多困难之中，还没有形成一套有关电机设计和分析的标准。目前，超声波电机研究所遇到的困难主要有以下几个方面：专用超声波电机驱动电路研究ａ．超声波电机的性能评估和测试较难，这主要包括电机的机械特性测试、电机的瞬态特性测试和电机的寿命测试等。ｂ．超声波电机定转子

接触面的微摩擦和微支撑的研究还没有成熟的理论。Ｃ．超声波电机的重复精度和分辨率不高的问题有待进～步解决。ｄ．由于超声波电机是～容性负载，因此其阻抗匹配问题的解决好坏直接影响到电机的性能发挥。ｅ．超声波电机的模型测试也是一个难题。ｆ．超声波电机的环境适应性的

工程化问题需要进一步研究。可以看出，超声波电机的研

究还需很长的路要走。１．４．３超声波电机驱动控制技

术原理由于超声波电机的机理与传统电磁类电机有着本质

的不同，所以针对其驱动控制电路设计也提出了与传统电

磁类电机有所不同的特殊要求。超声波电机驱动电路的设计合理与否直接关系到超声波电机性能发挥的好坏。超声波电机的驱动电路是建立在大功率半导体器件、开关逆变电路、高频脉冲变压器等技术基础上进行设计的．采用隔离型的

半桥、全桥或推挽式的逆变电路。超声波电机的控制主要

基于超声波电机不同于传统电机的强烈非线性特点，并针对不同的用途而采用相应的控制技术，比如可阱选择ＰＤ控制、参数辨识、神经元网络控制等，目的都在于解决超声

波电机应用中遇到的诸如频率漂移、温度漂移、稳定速度以及电机输出力矩的保持等问题。图１．９是超声波电机驱

动控制一般采用的电路原理框图。图１．９超声波电机驱

动电路框图专用超声波电机驱动电路研究１．４．４超声波电机驱动控制技术的发展在超声波电机发展的二十余年

里，人们一方面完善对超声波电机的机理的研究，另一方面也在不断地对超声波电机的驱动电路的探索研究，特别是在超声波电机研究领域处于领先地位的日本，在超声马达定位及速度跟踪控制方面作了大量的研究。１９８６年日本学ＴＨａｔｓｕｚａｗａ系统地研究了环形行波型超声马达的速度控制特性，得到了超声马达速度与驱动电压、驱动频率、相位差及正反转切换频率之间的关系，见图１．１０，图ｌ１ｌ和图１．１２。１９８９年，日本的Ｋ．Ｔａｋａｈａｓｈｉ设计了具有温度补偿特性的电路。１９９０年Ｙ．Ｊｉｓｌｚｕｎｏ等人实现了超声马达的负载自适应跟踪控制的两相谐振逆变器，次年实现了基于模糊推理的高性能速度、位置控制方法。１９９４年分别进行了使用软件变增益ＰＩ改进模糊控制器的超声马达驱动伺服系统的定位控制的研究。１９９１年，Ａ．Ｋａｔｏ等人实现了环形行波型超声马达的柔顺控制，并于两年后实现了超声马达直接驱动机械臂的柔顺控制同年日本的Ｓ．Ｍｏｒｉｍｏｔｏ等人第一次把锁相稳速原理用于超声马达的控制。１９９４年ｒ．ｓｅｎｊｙｕ等人实现了自适应控制下的超声马达自适应速度控制，１９９５年实现了频率及相位差的混合控制的超声马达精密定位控制。近几年还出现了神经网络控制，或者采用神经网络自学习来调节模糊参数进行控制的方案以及采用参数辨识的方法等等。这些方案

由于整个控制机构很庞大，带有～系列的采集处理输出环节，所以离实用还有一定的距离。图１．１０频率与速度的关系１．４．５位置控制技术图１．１１相位差与速度的关系图１．１２电压幅值比与速度的关系在超声波电机位置定位控制方面，主要采用了以下几种方法：（１）软件定位的方法。此方法采用单片机或ＤＳＰ芯片编程的方法实现对超声波电机的定位，简单易行，但是没有充分考虑到超声波电机的强烈非线性，所以控制精度不是很高。（２）机械分布式触点接触式定位方法。此方法对超声波电机的步进积累误差消除有一定的改善，但是可靠性不高。（３）光电编码器或霍尔传感器定位的方法。较之机械触点接触式定位，该法在可专用超声波电机驱动电路研究靠性、精度方面都有所提高。综合（２）、（３），如果只单纯地依赖中断反馈进行位置定位，而不考虑超声波电机由于温度飘移等外部因素引起的超声波电机的非线性影响，也不会收到良好的控制效果。（４）自校正方法。这种方法的实现是通过电机本身自校正设计来完成的。由波与振动理论可知，振动的小颗粒停下来的平衡位置是波的波腹，利用这个原理对定转子进行特殊的加工设计，可使得定转子会同时停在波腹的平衡位置，由此对转子进行定位的。这种方法只是见到有关报到，而且电机设计理论复杂，离实用阶段尚有很远距离。综上，目前国内的研究多数是基于对国外技术

的跟踪，做出的电机和控制电路多是试验样品，在做成产

品投入到实际应用中去的不多。所以寻求走出实验室到实际应用中去的超声波电机和驱动控制电路是大家共同努力的

方向。虽然人类对超声波电机技术还处于多方探索阶段，

鉴于超声波电机特有的优点和广阔的应用前景，世界各国

都在致力于对超声波电机技术的研究，特别是加强对高可靠性精密控制的驱动电路的研制，使超声波电机在军事、航天、精仪等方面得以广泛应用。１．４．６驱动电路的设

计提出的要求与思路综合以上文献并根据超声波电机的特点，对超声波电机驱动电路的系统设计时，针对超声波电

机本身的特性，其驱动电路的设计要满足如下要求：ａ．两相高频交流输出，时间具有一定相移，电压等于超声波电机的额定电压，频率略高于超声波电机的机械谐振频率，且

连续可调；ｂ．为满足超声波电机有很好的位置定位功能，要采用带有位置反馈的闭环控制；ｄ．为提高电机和驱动

器系统的效率，驱动器的阻抗最好和超声波的输入阻抗匹配；ｅ．为减少无功交换的功率，提高功率因数，驱动器最好具有无功补偿措施。超声波电机是一种正在受世界各国关注、研究的新型微特电机，与传统的微特电机相比有很多优点，特别是其低速大力矩的特性越来越多地受Ｎ４型化控制系

统的青睐。但是，由于超声波电机是新发展起来的一门学科，所以有很多理论不尽完善，有许多东西尚处在探索阶

段。因此，我们对有关对超声波电机的研究（包括驱动控制技术的研究），一方面要加强理论的学习，不断地关注国内外这一领域的进展，积极同国内外有关研究院所进行交流、协作；另一方面加快有自主技术的研究和开发。１．５选

题背景及研究内容１．５．１选题背景及要求本文开展的专用驱动电路研究是基于“小型专用行波超声波马达研究”的

研制任务而进行的。由于超声波马达具有机电一体化的特点，存在着机电耦合关系，因而在研究专用超声波电机驱

动电路研究驱动控制电路时，必须了解和针对电机的要求

和振型等技术状态设计，才能保证设计正确、实用。在本研究中，电机与驱动电路是同时展开的，因而作为电路设计的条件，电机应给出相应的前提参数。专用行波型超声波

电机主要参数如下：电机特性：容性负载，供电电源为１

２Ｖ直流电源。专用驱动电路的主要设计要求：产生两路

相差９０。、峰峰值ｉ００Ｖ以上、频率ｆ＞２０ＫＨｚ（约为４０～５０ＫＨｚ）可调的驱动信号；控制器能够产生方波信号、锁相、移相等，同时能够控制电机启停、电机分时工作、位置检测与归零单元的信号处理和外控信息处理等。具有位置检测与归零单元，要求无接触式且要能确保从起始为０。的电机转”疗（０＝４５。，ｎ＝０，ｌ，２…ｎ）的每个位置被检测，且使每个位置处的误差ＩＡＯＩｌ。，电

机周转一周的误差仍为ｌＡ０ｆｌ。，即无积累误差。生

超声波换能器工作原理精品名师资料

2、超声波换能器的工作原理 (1)超声波换能器：一种能把高频电能转化为机械能的一种装置，一般有磁致伸缩式和压电陶瓷式。电源输出到超声波发生器，再到超声波换能器，一般还要经过超声波导出、接收装置就可以产生超声波了。 (2) 超声波换能器的组成：包括外壳、匹配层即声窗、压电陶瓷圆盘换能器、背衬、引出电缆，其特征在于它还包括阵列接收器，它由引出电缆、换能器、金属圆环、橡胶垫圈组成。 (3)超声波换能器的原理与作用：超声波换能器即是谐振于超声频率的压电陶瓷，由材料的压电效应将电信号转换为机械振动.超声波换能器是一种能量转换器件，它的功能是将输入的电功率转换成机械功率（即超声波）再传递出去，面它自身消耗很少的一部分功率。超声波换能器的种类：可分为压电换能器、夹心换能器、柱型换能器、倒喇叭型换能器等等。 40kHZ超声波发射/接收电路综述 40kHZ超声波发射电路(1) 40kHZ超声波发射电路之一，由F1~F3三门振荡器在F3的输出为40kHZ方波，工作频率主要由C1、R1和RP决定，用RP可调电阻来调节频率。 F3的输出激励换能器T40-16的一端和反向器F4，F4输出激励换能器T40-16的另一端，因此，加入F4使激励电压提高了一倍。电容C3、C2平衡F3和F4的输出，使波形稳定。电路中反向器F1~F4用CC4069 六反向器中的四个反向器，剩余两个不用（输入端应接地）。电源用9V叠层电池。测量F3输出频率应为40kHZ±2kHZ，否则应调节RP。发射超声波信号大于8m。

40kHZ超声波发射电路(2) 40kHZ超声波发射电路之二，电路中晶体管VT1、VT2组成强反馈稳频振荡器，振荡频率等于超声波换能器T40-16的共振频率。T40-16是反馈耦合元件，对于电路来说又是输出换能器。T40-16两端的振荡波形近似于方波，电压振幅接近电源电压。S是电源开关，按一下S，便能驱动T40-16发射出一串40kHZ超声波信号。电路工作电压9V，工作电流约25mA。发射超声波信号大于8m。电路不需调试即可工作。 40kHZ超声波发射电路(3) 40kHZ超声波发射电路之三，由VT1、VT2组成正反馈回授振荡器。电路的振荡频率决定于

第二篇 超声波电机驱动原理

第二章超声波电机的驱动原理 本章从压电陶瓷的特性出发，系统地叙述了超声波电机中压电陶瓷的压电效应和逆压电效应，并对其相关的参数进行了系统的讨论。本章还将几何分析法和弹性动力分析法相结合，分析了定子表面质点的椭圆运动的形成，论述了行波型超声波电机的运行机理，为行波型超声波电机的建模、设计制作、实验研究以及驱动电源和控制系统的研究提供必要的理论指导。 2.1 压电效应与压电陶瓷[21-25] 压电陶瓷作为超声波电机能量转换的媒介，它起着为超声波电机提供驱动力的重要作用，如同人体的心脏一样。因此，研究超声波电机就必须对压电材料特性有深入的认识和了解，才能掌握超声波电机的运行机理并能正确地选择和使用压电材料。在研究超声波电机的驱动机理前，首先从压电陶瓷与普通陶瓷的最重要的区别——压电效应开始。 2.1.1 压电效应 压电效应（Piezoelectric Effect）早在1880年，法国的两位科学家——居里（Curie）兄弟，在研究石英晶体的物理性质时，发现了一种特殊的现象，这就是若按某种方位从石英晶体上切割下一片薄晶片，在其表面上敷上电极，当沿着晶片的某些方向施加作用力而使晶片产生变形后，会在两个电极表面上出现等量的正、负电荷。电荷的面密度与施加的作用力的大小成正比；作用力撤销后，电荷也就消失了。这种由于机械力的作用而使晶体表面出现电荷的现象，称为正压电效应，如图2-1所示。后来人们又在其它一些晶体上进行了类似的实验，发现有许多晶体都具有这种现象。这些具有压电效应的晶体统称为压电晶体。发现正压电效应的第二年，也就是1881年，由李普曼在理论上预言，由居里兄弟在实验上证实了另一种物理现象：将压电晶体置于外电场中，由于电场的作用，会使 图2-1 正压电效应示意图图2-2 逆压电效应示意图 （实线代表变形前的情况，虚线代表变形后的情况）

步进电机驱动电路设计

https://www.sodocs.net/doc/5b13678377.html,/gykz/2010/0310/article_2772.html 引言 步进电机是一种将电脉冲转化为角位移的执行机构。驱动器接收到一个脉冲信号后，驱动步进电机按设定的方向转动一个固定的角度。首先，通过控制脉冲个数来控制角位移量，从而达到准确定位的目的；其次，通过控制脉冲顿率来控制电机转动的速度和加速度，从而达到涮速的目的。目前，步进电机具有惯量低、定位精度高、无累积误差、控制简单等特点，在机电一体化产品中应用广泛，常用作定位控制和定速控制。步进电机驱动电路常用的芯片有l297和l298组合应用、3977、8435等，这些芯片一般单相驱动电流在2 a左右，无法驱动更大功率电机，限制了其应用范围。本文基于东芝公司2008年推出的步进电机驱动芯片tb6560提出了一种步进电机驱动电路的设计方案 1步进电机驱动电路设计 1.1 tb6560简介 tb6560是东芝公司推出的低功耗、高集成两相混合式步进电机驱动芯片。其主要特点有：内部集成双全桥mosfet驱动；最高耐压40 v，单相输出最大电流3.5 a(峰值)；具有整步、1／2、1／8、1／16细分方式；内置温度保护芯片，温度大于150℃时自动断开所有输出；具有过流保护；采用hzip25封装。tb6560步进电机驱动电路主要包括3部分电路：控制信号隔离电路、主电路和自动半流电路。 1.2步进电机控制信号隔离电路 步进电机控制信号隔离电路如图1所示，步进电机控制信号有3个(clk、cw、enable)，分别控制电机的转角和速度、电机正反方向以及使能，均须用光耦隔离后与芯片连接。光耦的作用有两个：首先，防止电机干扰和损坏接口板电路；其次，对控制信号进行整形。对clk、cw信号，要选择中速或高速光耦，保证信号耦合后不会发生滞后和畸变而影响电机驱动，且驱动板能满足更高脉冲频率驱动要求。本设计中选择2片6n137高速光耦隔离clk、cw，其信号传输速率可达到10 mhz，1片tlp521普通光耦隔离enable信号。应用时注意：光耦的同向和反向输出接法；光耦的前向和后向电源应该是单独隔离电源，否则不能起到隔离干扰的作用。

超声波换能器选用说明及其原理介绍

超声波换能器选用说明及其原理介绍 超声波换能器是一种能量转换器件，它的功能是将输入的电功率转换成机械功率（即超声波）再传递出去，而它自身消耗掉很少的一部分功率（小于10%）。所以，使用超声波换能器最应考虑的问题就是与输入输出端的匹配，其次是机械安装和配合尺寸。市面上超声波机械种类繁多，客户必须提供准确可靠的指标，才能保证公司提供的换能器产品能与贵公司的机器良好匹配，发挥最佳性能。 因换能器品种繁多，本文只提供了部分换能器参数。 ①谐振频率：f, 单位：KHz 该频率是指用频率发生器，毫伏表等通过传输线路法测得的频率，或用阻抗特性分析仪等类似仪器测得的频率。一般通称小信号频率。与它相对的是上机频率，即客户将换能器通过电缆连到驱动电源上，通电后空载或有载时测得的实际工作频率。因客户的匹配电路各不相同，同样的换能器配不同的驱动电源表现出来的频率是不同的，这样的频率不能作为订货依据。 ②换能器电容量：CT ，单位：PF 即换能器自由电容，一般可用电容电桥在400Hz-1000Hz的频率下测得，也可用阻抗特性分析仪类似仪器。再简单点，用一般的便携式电容表测量也可满足要求。 ③换能器工作方式 因加工方式和要求不同，换能器的工作方式大致可分为连续工作（花边机，CD套机，拉链机，金属焊接等）和脉冲式工作（如塑焊机），

不同的工作方式对换能器的要求是不同的。一般而言，连续式工作几乎没有停顿时间，但工作电流不是很大，脉冲工作是间歇式的，有停顿，但瞬间电流很大。平均而言，两种状态的功率都很大的。

④换能器型式和最大功率 整机厂家可能对于不同用途和目的的机器的标称功率有不同的规定，换句话说，同样的换能器用在不同的机器上标称功率可能是不同的。为避免产生岐义，客户应详细说明换能器的结构型式，如柱型、倒喇叭型等，及压电陶瓷晶片的直径和片数。 ⑤安装和配合尺寸 主要有变幅杆材质，表面处理方式，形状。换能器与变幅杆连接螺纹，变幅杆与模具连接螺纹，变幅杆法兰盘处直径、厚度、缺口或螺孔数量和位置。 如有侵权请联系告知删除，感谢你们的配合！

直流电机驱动电路设计

应用越来越广泛的直流电机，驱动电路设计 Source：电子元件技术| Publishing Date：2009-03-20 中心论题： ?在直流电机驱动电路的设计中，主要考虑功能和性能等方面的因素 ?分别介绍几种不同的栅极驱动电路并比较其性能优缺点 ?介绍PWM调速的实现算法及硬件电路 ?介绍步进电机的驱动方案 解决方案： ?根据实际电路情况以及要求仔细选择驱动电路 ?使用循环位移算法及模拟电路实现PWM调速 ?对每个电机的相应时刻设定相应的分频比值，同时用一个变量进行计数可实现步进电机的分频调速 直流电机驱动电路的设计目标 在直流电机驱动电路的设计中，主要考虑一下几点： 功能：电机是单向还是双向转动？需不需要调速？对于单向的电机驱动，只要用一个大功率三极管或场效应管或继电器直接带动电机即可，当电机需要双向转动时，可以使用由4个功率元件组成的H桥电路或者使用一个双刀双掷的继电器。如果不需要调速，只要使用继电器即可；但如果需要调速，可以使用三极管，场效应管等开关元件实现PWM（脉冲宽度调制）调速。 性能：对于PWM调速的电机驱动电路，主要有以下性能指标。 1。输出电流和电压围，它决定着电路能驱动多大功率的电机。 2。效率，高的效率不仅意味着节省电源，也会减少驱动电路的发热。要提高电路的效率，可以从保证功率器件的开关工作状态和防止共态导通（H桥或推挽电路可能出现的一个问题，即两个功率器件同时导通使电源短路）入手。 3。对控制输入端的影响。功率电路对其输入端应有良好的信号隔离，防止有高电压大电流进入主控电路，这可以用高的输入阻抗或者光电耦合器实现隔离。

4。对电源的影响。共态导通可以引起电源电压的瞬间下降造成高频电源污染；大的电流可能导致地线电位浮动。 5。可靠性。电机驱动电路应该尽可能做到，无论加上何种控制信号，何种无源负载，电路都是安全的。 三极管-电阻作栅极驱动 1．输入与电平转换部分： 输入信号线由DATA引入，1脚是地线，其余是信号线。注意1脚对地连接了一个2K欧的电阻。当驱动板与单片机分别供电时，这个电阻可以提供信号电流回流的通路。当驱动板与单片机共用一组电源时，这个电阻可以防止大电流沿着连线流入单片机主板的地线造成干扰。或者说，相当于把驱动板的地线与单片机的地线隔开，实现“一点接地”。 高速运放KF347（也可以用TL084）的作用是比较器，把输入逻辑信号同来自指示灯和一个二极管的2。7V 基准电压比较，转换成接近功率电源电压幅度的方波信号。KF347的输入电压围不能接近负电源电压，否则会出错。因此在运放输入端增加了防止电压围溢出的二极管。输入端的两个电阻一个用来限流，一个用来在输入悬空时把输入端拉到低电平。

超声波电机驱动控制器毕业设计

超声波电机驱动控制器毕业 设计 1 绪论 (1) 1.1 超声波电机概述 (1) 1.2 超声波电机驱动技术现状 (2) 1.2.1 超声波电机控制方法 (2) 1.2.2 驱动技术的发展 (2) 1.3 驱动电路的设计要求 (5) 2 驱动控制器总体方案设计 (5) 2.1 系统总体方案简介 (5) 2.2 DDS 技术工作原理及方案选择 (7) 2.2.1 DDS 技术概述 (7) 2.2.2 DDS 工作原理 (8) 2.2.3 DDS器件的选择 (9) 2.3 滤波电路方案选择 (12) 2.3.1 滤波器的原理与分类 (12) 2.3.2 滤波器件选择 (14) 2.4 放大电路方案选择 (15) 2.4.1 放大电路要求及电路初步设计 (16) 2.4.2 高压集成运算放大器的选定 (17) 2.4.3 前置放大器型号选择 (18) 3 硬件电路设计与实现 (18) 3.1 DDS 波形产生电路设计 (18) 3.1.1 AT89LS52 外围电路设计 (18) 3.1.2 AD9854 外围电路设计 (20) 3.2 带通滤波电路设计 (24) 3.3 功率放大电路设计 (27)

3.4 系统电源电路设计 (29) 4 软件设计与系统调试 (32) 4.1 系统软件基本结构 (32) 4.2 波形产生软件设计 (33) 4.2.1 AD9854 的工作模式 (33) 4.2.2 AD9854 的使用 (36) 致谢........................................... 错误！未定义书签。参考文献 (1)

1 绪论 1.1 超声波电机概述 超声波电机（Ultrasonic Motor，简称 USM）的基本结构及工作原理完全不同于传统的电磁电机，它不是以电磁作用传递能量，而是利用压电陶瓷的逆压电效应激发超声振动（频率≥20kHz），然后通过定、转子之间的接触和摩擦力将交变的振动转化成旋转运动或直线运动，实现从电能到机械能的能量转换[1]。由于超声波电机特殊的工作原理，它具有很多传统电磁电机无法比拟的优越性能，如低速大转矩、体积小、重量轻、功率密度大、响应速度快、微位移、不受电磁场的影响、掉电自保护、设计自由度大、可直接驱动负载等[2-4]。可以说，超声波电机技术是当今世界极有发展前途的技术之一。 目前 USM 产业化和实用化正在快速发展，在一定程度上开始取代某些小型电磁电机。国外在上世纪 90 年代开始进入超声波电机的实用化、商品化开发阶段。如日本已将超声波电机广泛用于照相机镜头的自动聚焦系统[5]；三星公司将微型超声波电机用于手机摄像头；美国JPL实验室研制的用于宇宙飞船船体检测的爬壁机器人驱动装置[6]；Akihiro 公司将其用于高档手表的振动报时；高档汽车中应更加广泛：座椅调整、方向盘位置调整、后视镜角度调整、以及应用于门窗、雨刮器、刹车传动装置等；此外办公设备、家电和 PC 机、平板振子输送纸机构、X-Y 绘图仪、直角坐标自动定位装置等也有所应用，体现了超声波电机广阔的应用前景[7]。日本在该领域的研究处于世界领先地位，几乎拥有大部分有关超声波电机的发明专利，并且个别种类的超声波电机已经实现产业化，在国民经济中发挥着重要作用[8]。我国在这方面的研究虽起步较晚（90 年代初），但也取得了一些突破性成果，如南京航空航天大学研究已经取得了原创性和先进性的成果，成功研制出十余种旋转型行波与驻波超声波电机，并且达到了小批量的产业化和商品化；清华大学已研制出直径1mm的弯曲旋转超声波电机；哈尔滨工业大

解析国标图集_常用电机控制电路图_

BUILDING ELECTRICITY 2011年 第期 Jun.2011Vol.30No.6 6 *：国家科技支撑计划子课题，课题名称：村镇小康住宅规划设计成套技术研究（课题任务书编号：2006BAJ04A01），子课 题名称：村镇住宅设备与设施设计技术集成及软件开发（子课题任务书编号：2006BAJ04A01-3）。Xu Lingxian Sun Lan （China Institute of Building Standard Design &Research ，Beijing 100048，China ） 徐玲献 孙 兰（中国建筑标准设计研究院，北京市 100048） Explanation and Analysis of National Standardization Collective Drawings Control Circuit Diagrams of Common Electric Machines * 解析国标图集《常用电机控制电路图》摘 要 对多年来国家建筑标准设计图集 10D303-2～3《常用电机控制电路图》（2010年合订本，已修编出版发行）使用中遇到的疑问进行汇总、解析，以加深读者对10D303-2～3的理解。 关键词信号灯端子标志消防控制室的监控消防风机消防水泵 过负荷 水源水池水位 双 速风机 0引言 国家建筑标准设计图集10D303-2～3《常用电 机控制电路图》 （2010年合订本） （以下简称 10D303）适用于民用及一般工业建筑内3/N /PE ～220/380V 50Hz 系统中常用风机和水泵的控制，是对99D303-2《常用风机控制电路图》和01D303-3《常用水泵控制电路图》的修编。根据现行的国家标 准，对图集中涉及到的项目分类代码和图形符号进行了修改，并在原图集方案的基础上，增加了两用单速风机、平时用双速风机、射流风机联动排风机及冷冻（冷却）水泵控制电路图。根据节能环保的要求，增加了YDT 型双速风机的控制方案。并根据电气产品的发展，增加了控制与保护开关电器（CPS ）和电机控制器的控制方案，供设计人员直接选用。 10D303从立项调研、修编到送印，历经两年多的时间，期间收到了不少反馈意见和建议，为图集的编制提供了宝贵的建议，在此答谢。 《常用电机控制电路图》 （2002年合订本）发行 十余年中一直受到读者青睐，使用者涉及设计、生产和建造等多领域，通过国标热线和其他途径咨询问题的读者很多。问题中除风机和水泵的控制电路外，经常牵涉到现行的国家标准、制图要求和电气设计技术等多方面的内容，有些问题无法通过修编图集 10D303直接解决，因此借助《建筑电气》平台，把《常用电机控制电路图》经常咨询的问题归纳汇总、解析，以利于读者更好使用和理解10D303图集。 1有关国家标准、规范和制图要求的问题 1．1指示器（信号灯）和操作器（按钮）的颜色 标识 10D303中有关信号灯和按钮的颜色标识是依据国家标准GB /T 4025-2003/IEC 60073：1996《人-机界面标志标识的基本和安全规则 指示器和 作者信息 徐玲献，女，中国建筑标准设计研究院，高级工程师，主任工程师。 孙兰，女，中国建筑标准设计研究院，教授级高级工程师，院副总工程师。 Abstract The collective drawings of national building standard design 10D303-2~3Control Circuit Diagrams of Common Electric Machines （2010bound volume ）has been revised and published.This paper summarizes and analyzes the questions encountered during use over the years so as to deepen the readers 'understanding of the collective drawings. Key words Signal light Terminal symbol Fire control room monitoring Fire fan Fire pump Overload Water level of the water tank of water source Two -speed fans * 34 330

超声波发生器的整体电路5

超声波发生器的整体电路基本由三部分组成，信号发生部分，功率放大部分，换能器和换能器的的匹配电路组成。信号发生电路可由RC 振荡电路、555 定时器构成的多谐波振荡器分别产生正弦波和矩形波两种，并且依据不同的原理可以实现变频。功率放大部分，由选定的功率放大器或模块实现功率放大，用来达到驱动功率放大器的功率。换能器是用来实现能量转化的，在两种电路中的用法和作用完全相同，都是在匹配电路的作用下实现能量转化的最大化。 5.1 变频RC 振荡整体电路的简述。 变频RC振荡整体电路由三部分部分组成，第一部分是变频RC振荡电路的发生部分，振变频RC振荡电路是用来产生一定频率和一定幅值正弦波的电路，它不需要外接输入信号，输出端就有信号输出。它的基本构思是在放大电路中人为地介入正反馈电路来产生稳定的振荡。根据选择电阻的不同来控制不同的频率，它的基本组成是RC振荡电路，运算放大器等组成 第二部分是功率放大部分。信号发生电路中输出的信号功率较小，不足以带动换能器工作，在逐级信号传递过程中，信号功率因太小，易失真和掺入杂波，加上功率放大电路，以满足小功率信号传递的需要。为输出足够大的功率，功率放大电路的输出电压、电流幅度都比较大。功率放大电路工作在大信号工作状态，从能量转换的观点来看，功率放大电路提供给负载的交流功率是在输入交流信号的控制下，将直流电源提供的能量转换成交流能量而来的。 第三部分为换能器和换能器的匹配电路，换能器是超声波发生器的核心器件，其特性参数决定整个设备的性能。超声波换能器就是通过换能器将高频电能转换为机械振动。换能器的特性取决与选材和制作工艺，匹配电路的作用是保证电信号能高效而安全地传输给换能器。 由三部分组成的变频RC 振荡整体电路如下

H桥电机驱动原理与应用

H 桥电机驱动原理与应用 我们首先来看马达是如何转动的呢？举个例子： 你手里拿着一节电池，用导 线将马达和电池两端对接，马达就转动了；然后如果你把电池极性反过来会怎么 样呢？没有错，马达也反着转了。 OK 这个是最基本的了。现在假设你想用一块指甲盖大小的微控制芯片 （MCU ＞你又如何控制马达的呢？首先，你手上有一个固态的状态开关——一个 晶体管一一来控制马达的开关。 提示：如果你用继电器连接这些电路的时候， 要在继电器线圈两端并一个二 极管。这是为了保护电路不被电感的反向电动势损坏。二极管的正极（箭头）要 接地，负极要接在MCI 连接继电器线圈的输出端上。 电路连接好后，你可以用一个逻辑输出的信号来控制马达了。 高电平（逻辑 1）让继电器导通，马达转动；低电平（逻辑 0）让继电器断开，马达停止。 在电路相同的情况下，把马达的“极性”反过来接，我们可以控制马达的翻 转和停止。 问题来了：如果我们要同时需要马达能够正转好反转， 怎么办？难道每次都 要把马达的连线反过来接？ 我们先来看另一个概念：马达速度。当我们在其中一种状态下，频繁的切换 开关状态的时候，马达的转速就不再是匀速，而是变化的了，相应的扭矩也会改 变。 通常反应出来的是马达速度的变化。 +JS

我们想要同时控制正反向的话，就需要更多的电路——没错，就是H桥电路。H桥电路的“ H'的意思是它实际电路在电路图上是一个字幕H的样式。下图就是一个用继电器连接成的H桥电路。 处于“高”位置的继电器是控制电源流入的方向，称之为“源”电路；处于“低”位置的继电器是控制电源流入地的方向，称之为“漏”电路。 现在，你将左上电路（A）和右下电路（D）接通，马达就正转了（如下图）此时各个端口的逻辑值为A-1、B-0、C-0、D-1. 1| i c) ARID ran-st ia-n

电机驱动电路总结

电机驱动电路 一、直流电机驱动电路的设计目标 在直流电机驱动电路的设计中，主要考虑一下几点： 1．功能：电机是单向还是双向转动？需不需要调速？对于单向的电机驱动，只要用一个大功率三极管或场效应管或继电器直接带动电机 即可，当电机需要双向转动时，可以使用由4个功率元件组成的H 桥电路或者使用一个双刀双掷的继电器。如果不需要调速，只要使 用继电器即可；但如果需要调速，可以使用三极管，场效应管等开 关元件实现PWM（脉冲宽度调制）调速。 2．性能：对于PWM调速的电机驱动电路，主要有以下性能指标。 1）输出电流和电压范围，它决定着电路能驱动多大功率的电机。

2）效率，高的效率不仅意味着节省电源，也会减少驱动电路的发热。 要提高电路的效率，可以从保证功率器件的开关工作状态和防止共态导通（H桥或推挽电路可能出现的一个问题，即两个功率器件同时导通使电源短路）入手。 3）对控制输入端的影响。功率电路对其输入端应有良好的信号隔离，防止有高电压大电流进入主控电路，这可以用高的输入阻抗或者光电耦合器实现隔离。 4）对电源的影响。共态导通可以引起电源电压的瞬间下降造成高频电源污染；大的电流可能导致地线电位浮动。 5）可靠性。电机驱动电路应该尽可能做到，无论加上何种控制信号，何种无源负载，电路都是安全的。 二、三极管-电阻作栅极驱动 （如果电路看不清楚请到相册里看） 1．输入与电平转换部分： 输入信号线由DATA引入，1脚是地线，其余是信号线。注意1脚对地连接了一个2K欧的电阻。当驱动板与单片机分别供电时，这个电阻可以提供信号电流回流的通路。当驱动板与单片机共用一组电源时，这个电阻可以防止大电流沿着连线流入单片机主板的地线造成干扰。或者说，相当于把驱动板的地线与单片机的地线隔开，实现“一点接地”。 高速运放KF347（也可以用TL084）的作用是比较器，把输入逻辑信号同来自指示灯和一个二极管的2.7V基准电压比较，转换成接近功率电源电压幅度的方波信号。KF347的输入电压范围不能接近负电源电压，否则会出错。因此在运放输入端增加了防止电压范围溢出的二极管。输入端的两个电阻一个用来限流，一个用来在输入悬空时把输入端拉到低电平。 不能用LM339或其他任何开路输出的比较器代替运放，因为开路输出的高电平状态输出阻抗在1千欧以上，压降较大，后面一级的三极管将无法截止。2．栅极驱动部分： 后面三极管和电阻，稳压管组成的电路进一步放大信号，驱动场效应管的栅极并利用场效应管本身的栅极电容（大约1000pF）进行延时，防止H桥上下两臂的场效应管同时导通（“共态导通”）造成电源短路。 当运放输出端为低电平（约为1V至2V,不能完全达到零）时，下面的三极管截止，场效应管导通。上面的三极管导通，场效应管截止,输出为高电平。当运放输出端为高电平（约为VCC-(1V至2V),不能完全达到VCC）时，下面的三极管导通，场效应管截止。上面的三极管截止，场效应管导通,输出为低电平。 上面的分析是静态的，下面讨论开关转换的动态过程：三极管导通电阻远小于2千欧，因此三极管由截止转换到导通时场效应管栅极电容上的电荷可以迅速释放，场效应管迅速截止。但是三极管由导通转换到截止时场效应管栅极通过2千欧电阻充电却需要一定的时间。相应的，场效应管由导通转换到截止的速度要比由截止转换到导通的速度快。假如两个三极管的开关动作是同时发生的，这个电路可以让上下两臂的场效应管先断后通，消除共态导通现象。

步进电机控制驱动电路设计.

实习名称：电子设计制作与工艺实习 学生姓名：周文生 学号：201216020134 专业班级：T-1201 指导教师：李文圣 完成时间： 2014年6月13日 报告成绩：

步进电机控制驱动电路设计 摘要： 本设计在根据已有模电、物电知识的基础上，用具有置位，清零功能的JK 触发器74LS76作为主要器件来设计环行分配器，来对555定时器产生的脉冲进行分配，通过功率放大电路来对步进电机进行驱动，并且产生的脉冲的频率可以控制，从而来控制步进电机的速度，环形分配器中具有复位的功能，在对于异常情况可以按复位键来重新工作。 关键字：555定时器脉冲源环行分配器功率放大电路 一、方案论证与比较： （一）脉冲源的方案论证及选择： 方案一：采用555定时器产生脉冲，它工作频率易于改变从而可以控制步进电机的速度并且工作可靠，简单易行。 C2 10uF 图一 555定时器产生的方法 方案二:采用晶振电路来实现，晶振的频率较大，不利于电机的工作，易失步，我们可以利用分频的方法使晶振的频率变小，可以使电机工作稳定，但分频电路较复杂，并且晶振起振需要一定的条件，不好实现。

X1 1kohm 1kohm 图二晶振产生脉冲源电路 综上所述，我们采用方案一来设计脉冲源。 （二）环形分配器的设计： 方案一：采用74ls194通过送入不同的初值来进行移位依此产生正确的值使步进电机进行转动。但此方案的操作较复杂，需要每次工作时都要进行置位，正反转的操作较复杂，这里很早的将此方案放弃。 方案二：使用单独的JK 触发器来分别实现单独的功能。 图三双三拍正转 图四单三拍正转

图五三相六拍正转 利用单独的做，电路图较简单，单具体操作时不方便，并且不利于工程设计。块分的较零散，无法统一。 方案三：利用JK触发器的自己运动时序特性设计，利用卡诺图来进行画简。 图六单，双三拍的电路图 单，双三拍的正，反转主要由键s1,s2的四种状态来决定四种情况的选择。

步进电机驱动电路设计

步进电机驱动电路设计 摘要 随着数字化技术发展，数字控制技术得到了广泛而深入的应用。步进电机是一种将数字信号直接转换成角位移或线位移的控制驱动元件, 具有快速起动和停止的特点。因为步进电动机组成的控制系统结构简单，价格低廉，性能上能满足工业控制的基本要求，所以广泛地应用于手工业自动控制、数控机床、组合机床、机器人、计算机外围设备、照相机,投影仪、数码摄像机、大型望远镜、卫星天线定位系统、医疗器件以及各种可控机械工具等等。直流电机广泛应用于计算机外围设备( 如硬盘、软盘和光盘存储器) 、家电产品、医疗器械和电动车上, 无刷直流电机的转子都普遍使用永磁材料组成的磁钢, 并且在航空、航天、汽车、精密电子等行业也被广泛应用。在电工设备中的应用，除了直流电磁铁（直流继电器、直流接触器等）外，最重要的就是应用在直流旋转电机中。在发电厂里，同步发电机的励磁机、蓄电池的充电机等，都是直流发电机；锅炉给粉机的原动机是直流电动机。此外，在许多工业部门，例如大型轧钢设备、大型精密机床、矿井卷扬机、市内电车、电缆设备要求严格线速度一致的地方等，通常都采用直流电动机作为原动机来拖动工作机械的。直流发电机通常是作为直流电源，向负载输出电能；直流电动机则是作为原动机带动各种生产机械工作，向负载输出机械能。在控制系统中，直流电机还有其它的用途，例如测速电机、伺服电机等。他们都是利用电和磁的相互作用来实现向机械能能的转换。 介绍了步进电机和直流电机原理及其驱动程序控制控制模块，通过AT89S52单片机及脉冲分配器(又称逻辑转换器)L298完成步进电机和直流电机各种运行方式的控制。实现步进电机的正反转速度控制并且显示数据。整个系统采用模块化设计,结构简单、可

超声波测距电路

超声波测距电路 摘要：随着单片机、DSP、FPGA、CPLD技术的不断成熟，各种智能测量系统不断涌现，测距电路可以用在工业生产、医疗技术、日常生活中各个方面，典型的应用如汽车倒车告警、机器人的自动避障行走、工业上的液位、井深、管道长度等场合，本文在介绍超声波测距原理的基础上总结并讨论现有的几种电路设计方法，并提出增大测量距离及改善系统性能的实现方法。 关键词：超声波；测距；FPGA实现 1超声波是一种在弹性介质中的机械振荡,它是由与介质相接触的振荡源所引起的,其频率在20KHz以上。超声波为直线传播方式，频率越高，绕射能力越弱，但反射能力越强。超声波在介质中传播时在不同介面上具有反射的特性,由于它有指向性强、方向性好、传播能量大、传播距离较远等特点,常用于测量物体的距离、厚度、液位等。超声波的传播速度与介质的密度和弹性特性有关,它在空气中的传播速度为340m/s。发射一定频率的超声波,借助空气媒质传播,到达测量目标或障碍物后反射回来,其所经历的时间长短与超声波传播的路程的远近有关,测试传输时间可以得出距长。利用超声波特性、单片机控制、电子计数相结合可以实现非接触式测距。由于超声波检测迅速、方便、计算简单,且不受光线、电磁波、粉尘等的干扰,其测量精度较高。常用于桥梁、涵洞、隧道的距离检测中。 2使用超声波和使用激光测距的比较：基于以上介绍的超声波的特点不难区分它们的各自的适用场合，激光测距主要用于远程，如测月球到地球距离，或远距离无障碍测距，而且成本要比用超声波大，因为光速为3×10^8M/S，而一般市场上的单片机最高频率在十几至几十兆，（本人接触的ARM最大30M）如果测量的距离在十米左右，那么假设单片机别的都不做只是计数，出射光将在大约0.033us后返回，要求单片机CLK为1/0.033MHz，也就是说30M时钟频率的单片机刚发出出射激光的命令，光就已经在它的下个CLK脉冲来到了，更别提计数了，即使使用频率很高的单片机或其他器件如FPGA等在精度上将不能满足需要（通常在收发间隔中得到的计数脉冲越多精度越高）。但值得注意的是,超声波在空气中传播速度会随介质温度的升高而增大,气温每上升1℃,声波速度增加0.6mPs。所以在测量中要考虑温度变化的因素,进行温度补偿修正,减少测量误差。另外超声波在传输距离稍大时衰减很大，精度也随之降低。 3超声波发生/接收器：为了研究和利用超声波,人们研究了多种超声波发生器,常用的超声波发生器可以分为二大类,一是用电气方式产生超声波,如压电式、磁致伸缩式超声波发生器;二是用机械方式产生超声波,有加尔统笛、液哨和气流旋笛等。它们产生的超声波的频率、功率和声波特性各不相同。这里采用第一类的压电式超声波发生器,是利用压电晶体的电致伸缩现象,即压电效应。常用的压电材料有石英晶体、压电陶瓷等。在压电材料切片上施加一定频率的交变电压,当外加信号频率等于压电晶片的固有频率时,会产生电致伸缩振动,产生共振,并带动共振板振动,产生超声波。超声波的频率越高,方向性越好,但频率太高,衰减也大,传播的距离越短。考虑到实际工程测量要求,可以选用超声波的频率f=40kHz,波长λ=0.85cm。超声波的接收是利用超声波发生器的逆效应(逆压电效应)而进行工作的。当一定频率的超声波作用到压电晶体片上时,使晶体伸缩,在晶体的两端面产生交变电荷,把电荷转换成电压,再经放大输出,它的结构与发生器类似。发送和接收可以由一个超声换能器承担，它是一种既可以把电能转化为声能、又可以把声能转化为电能的器件或装置。换能器在电脉冲激励下可将电能转换为机械能，向外发送超声波；反之，当换能器处在接收状态时，它可将声能(机械能)转换为电能。超声波发生/接收器的外形和通常的驻极体话筒差不多，如果发生接收是分开的两个在安装过程中要注意它们之间的距离大概在6—8CM否则过于靠近易产生干扰。（可采用MA40LIS和MA40LIR） 4超声测距原理：最常用的超声测距方法是回声探测法。其工作原理是：使换能器向介质发射声脉冲，声波遇到被测物体(目标)后必有反射回来的声波(回波)作用于换能器上。若已知介质的声速为c，第一个回波到达的时刻与发射脉冲时刻的时间差为t，那么即可按式s=ct／2计算换能器与目标之间的距离。考虑到传感器的成本与安装的方便性，也可采用收发兼用型超声波探头，即实际距离d=s。声波的速度c与温度T有关。如果环境温度变化显著,则必须考虑温度 补偿问题。 5系统设计：

直流电机驱动控制电路_NMosfet

1 引言 长期以来，直流电机以其良好的线性特性、优异的控制性能等特点成为大多数变速运动控制和闭环位置伺服控制系统的最佳选择。特别随着计算机在控制领域，高开关频率、全控型第二代电力半导体器件(GTR、GTO、MOSFET、IGBT等)的发展，以及脉宽调制(PWM)直流调速技术的应用，直流电机得到广泛应用。为适应小型直流电机的使用需求，各半导体厂商推出了直流电机控制专用集成电路，构成基于微处理器控制的直流电机伺服系统。但是，专用集成电路构成的直流电机驱动器的输出功率有限，不适合大功率直流电机驱动需求。因此采用N沟道增强型场效应管构建H桥，实现大功率直流电机驱动控制。该驱动电路能够满足各种类型直流电机需求，并具有快速、精确、高效、低功耗等特点，可直接与微处理器接口，可应用PWM技术实现直流电机调速控制。 2 直流电机驱动控制电路总体结构 直流电机驱动控制电路分为光电隔离电路、电机驱动逻辑电路、驱动信号放大电路、电荷泵电路、H桥功率驱动电路等四部分，其电路框图如图一 由图可以看出，电机驱动控制电路的外围接口简单。其主要控制信号有电机运转方向信号Dir电机调速信号PWM及电机制动信号Brake，Vcc为驱动逻辑电路部分提供电源，Vm为电机电源电压，M+、M-为直流电机接口。 在大功率驱动系统中，将驱动回路与控制回路电气隔离，减少驱动控制电路对外部控制电路的干扰。隔离后的控制信号经电机驱动逻辑电路产生电机逻辑控制信号，分别控制H桥的上下臂。由于H桥由大功率N沟道增强型场效应管构成，不能由电机逻辑控制信号直接驱动，必须经驱动信号放大电路和电荷泵电路对控制信号进行放大，然后驱动H桥功率驱动电路来驱动直流电机。 3 H桥功率驱动原理 直流电机驱动使用最广泛的就是H型全桥式电路，这种驱动电路方便地实现直流电机的四象限运行，分别对应正转、正转制动、反转、反转制动。H桥功率驱动原理图如图2所示。

专用超声波电机驱动电路研究

专用超声波电机驱动电路研究 专用超声波电机驱动电路研究分类号ＴＰ２７１．４—５３３（１）ＵＤＣ密级公开编号中国工程物理研究院专用超声波电机驱动电路研究指导教师姓名文贵印研究员申请学位级别工学硕士专业名称通信与信息系统论文提交日期２００５．３．１５论文答辩日期２００５．４．２８学位授予单位和日期中国工程物理研究院答辩委员会主席２００５年３月１５日专用超声波电机驱动电路研究摘要超声波电机（ＵｌｔｒａｓｏｎｉｃＭｏｔｏｒ简称ＵＳＭ）是一种新型的微特电机，有别于传统的电磁电机。在本文引言中，说明了ＵＳＭ与传统电磁电机相比的主要优点、基本组成及应用前景，同时说明了开展专用ＵＳＭ的驱动电路研究工作的背景及主要工作内容，作者要完成设计、样品加工及应用三部分工作等，此论文就是这三部分研究工作的总结。首先，根据对驱动电路的要求，结合国内外传统压电马达驱动电路的系统方案，设计出专用超声波电机的驱动电路的系统方案。在本方案中增加了位置检测与归零单元，去掉了频率跟踪单元，采用ＤＳＰ作为控制单元，整合了电机驱动信号产生、电机选择与启动、位置检测信号处理和特殊信号译码等功能，有利于电路小型化和稳定性。方案具有新颖和独特性。其次，详细介绍了利用仿

真与实际调试相结合的方法，完成了推挽逆变电路及升压 脉冲变压器的工程设计和调试，着重解决了浪涌及功率开关管保护等问题，注意了变压器绕制工艺与漏感的关系。采用ＤＳＰ芯片实现了多种控制和软、硬件结合，给出了用Ｃ语言编写的程序，重点解决了程序的调试与抗干扰问题。采用独特的数字编码方法，实现了位置检测的结构设计，完成了性能初步调试以及与ＤＳＰ组成闭环系统，消除电机 不断步进引起的空间位置上的积累误差，实现了电机步进误差归零的技术要求。设计了电路工程板图，完成了样机两台的加工和调试工作，与超声波电机进行了匹配调试实验，重点解决了阻抗匹配问题，达到了驱动电路的设计指标，实现了设计、加工、匹配调试三部分工作的基本要求。最后，根据前一段工作，提出了一些今后工作的意见，特别是工程应用化与集成化方面的研究想法。关键词：超声波电机，驱动电路，ＤＳＰ，脉冲变压器，位置检测与归零专用超声波宅机驱动电路研究ＡｂｓｔｒａｃｔＵｌｔｒａｓ ｏｎｉｃＭｏｔｏｒ（ＵＳＭ），ａｓａｎｅｗｔｙｐｅｍｉｃｒｏ—ｍｏｔｏｒｉｓｄｉｆｆｅｒｅｎｔｆｒｏｍｔｈｅｃｏｎｖｅｎｔｉｏｎａｌｅｌｅｃｔｒｏｍ ａｇｎｅｔｉｃｍｏｔｏｒ．Ｉｎｔｈｅｉｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎ，ＵＳＭ’ｓａｄｖａｎｔａｇｅｓｃｏｍｐａｒｅｄｔｈｅｃｏｎｖｅｎｔｉｏｎａｌｅｌｅｃｔｒｏｍ

电源供电以及电机驱动原理与电路分析

电源供电以及电机驱动原理与电路分析 第一部分：供电电路原理 供电部分原理图如图1-1所示： 图1-1 从图1-1中可知道供电有+5V、+3.3V、+1.5V三种，其中每个电源均有0.1μF的旁路电容，将电源中的高频串扰旁路到地，防止高频信号通过电源串扰到其它模块中。同时还能将电源本身的工频干扰滤除。 值得注意的是：在布线的时候，经退藕电容退藕后的电源输出点应该尽量紧靠芯片的电源引脚进行供电，过长的引线有可能重新变成干扰接收天线，导致退藕效果消失。如果无法让每个退藕后的电源输出点均紧靠芯片的电源引脚，那么可以采用分别退藕的方法，即分别尽量紧靠每个芯片的电源引脚点接入退藕电容进行退藕，这也解释了为什么图1-1的3.3V电源有两个退藕输出点。

第二部分：电机驱动电路原理 电机驱动电路原理如图2-1所示： 图2-1 图2-1中Header 4X2为4排2列插针，FM0~3为FPGA 芯片I/O 输出口，加入的插针给予一个可动的机制，在需要使用时才用跳线帽进行相连，提高I/O 口的使用效率。RES5是五端口排阻，内部集成了4个等阻值且一端公共连接的电阻，PIN 1是公共端，PIN2~5为排阻的输出端，排阻原理图如图2-2所示： 图2-2 该排阻公共端接电源，即上拉电阻形式，作用是增强FPGA 芯片I/O 口（以下简称I/O 口）的驱动能力，实际上就是增加I/O 输出高电平时输出电流的大小。当I/O 输出高电平时，+5V 电源经排阻与IN1~4相连，相当于为I/O 提供一个额外的电流输出源，从而提高驱动能力。当I/O 输出低电平时，可将I/O 近似看做接地，而IN1~4因与I/O 由导线直接相连，因此直接接受了I/O 的低电平输出信号。此时，+5V 电源经排阻R 、I/O 内部电路（电阻近似为零）后接地，因此该路的电流不能大于I/O 的拉电流（i I ）最大值，有公式2-1： i I R V ≤+5（公式2-1） 即 i I V R 5+≥（公式2-2） 由公式2-2可以得出排阻的取值范围。 该上拉电阻除了提高驱动能力外，还有一个作用，就是进行电平转换。经查，ULN2003的接口逻辑为：5V-TTL, 5V-CMOS 逻辑。而在3.3V 供电的情况下，I/O 口可以提供3.3V-LVTTL ， 3.3V-LVCMOS ，3.3V-PCI 和SSTL-3接口逻辑电平。因此，需要外接5V 的上拉电阻将I/O 电平规格变成5V 电平逻辑。

电机驱动电路的设计

《电子线路CAD》课程论文题目：电机驱动电路的设计

1 电路功能和性能指标 此电路是用MCU发出的PWM波来控制电机的转速的电路，电路输入电压是7.2V。 2 原理图设计 2.1原理图元器件制作 元器件截图： 图1 这个是图中的BTN7971的原理图，是一款电机驱动半桥芯片。 制作步骤： 1.点击菜单栏的放置，然后点击弹出的窗口中的矩形，如下图： 图2 2.然后鼠标光标下就会出现一个黄色的矩形边框，自己就可以随意设置边框的大小，之后框图的大小可以拖动修改，如下图：

图3 3.框图定好后,点击下图的图标，可以进行画引脚： 图4 4.放引脚时可以按table键设置引脚属性： 图5 2.2 原理图设计 ①原理图设计过程： 首先简历里一个PCB工程项目，保存命名为BTN驱动，然后在这个工程下面

建立一个原理图文件和一个PCB文件，并将其保存并重命名为BTN在与工程相同的目录下面，然后开始绘制原理图了，将所有设置默认为初始状态不需要更改，然后开始画原理图了，将其模块化绘图比较方便好看。 ②下面就是绘制成功后的原理图： 图6 ③下图为massage框图： 图7 其操作步骤为： 1.点击system中的message， 2.然后点击下图中高亮部分 图8

3.最后打开message就可以看见编译信息了 4.之后根据错误提示进行查找修改，直至没有错误和警告，如下图： 图9 ④该项目的元器件库截图如下： 图10 图11

生成原理图库的步骤为： 1.点击界面右下角的design compiler,然后点击如图高亮部分： 图12 2.点击界面上面的工具栏中的设计，然后点击高亮部分： 图13 3.最后可以查看刚才打开的navigater,如图：