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第 12 卷第 4 期扬州大学学报(自然科学版) Vol. 12 No. 4
2009 年 11 月 Journal of Yangzhou University (Natural Science Edition) Nov. 2009
基于 ARM 和 DDS 的行波型超声波电机驱动技术
张新星1 , 莫岳平1 , 段小汇1 , 丛进1 , 蒋斌1 , 杨杰2
(1. 扬州大学能源与动力工程学院, 江苏扬州 225009 ; 2. 临海市牛头山水库管理局, 浙江临海 317006)
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摘要: 根据行波型超声波电机的驱动特点和要求, 利用最新的技术和器件,设计了一种采用 2 片直接频
率合成(direct digital frequency synthesis , 简称 DDS) 芯片 AD9854 、高性能精简指令处理器(advanced RISC
machine , 简称 ARM) 开发板 S3C2410 和专用功率放大芯片 PA85 相结合的高性能驱动系统,该系统的最
大优点是实现了输出信号的频率、相位和幅度可调. 实验结果表明,该系统具有精度高、灵活性和可靠性好
的数字信号处理优势.
关键词: 高性能精简指令处理器; 直接频率合成; 超声波电机
中图分类号: TM 359 9 文献标识码: A 文章编号: 1007 - 824X(2009) 04 - 0054 - 05
超声波电机(ultrasonic motor , 简称 U SM) 是一种根据全新原理制造的直接驱动电机. 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,定、转子之间的传动规律难以精确地表达,而且
随着温度、输出转矩及定、转子之间的静压力等外界条件的变化,压电陶瓷的谐振频率会发生漂移,因
此超声波电机驱动电路的设计一定程度上决定了超声波电机的性能. 目前,国内外关于行波型超声波
电机的驱动控制研究主要有三方面: 一是功率驱动电路的设计, 如 CH EN Tien chi 等[ 1 ] 通过对超声
波电机逆变驱动电路不同拓扑结构的研究,旨在提高系统的品质因数,达到保证两相电路平衡、提高
系统效率的目的; 二是采用参考模型或者实验模型[2 ] ,大多采用变频控制,其相关的控制规律几乎没
有例外地通过变参数 PID 调节器、神经网络控制、模糊控制等智能控制;三是等效模型的仿真,如德
国学者 MASS 采用刚性接触模型进行了机理模型的仿真研究[3 ] .
超声波电机驱动控制电路的设计分为信号发生模块和信号放大模块两部分. 信号发生模块的实
现方法有: ①传统方法采用锁相环电路(p hase locked loop ,简称 PLL) 进行设计[4 ] ; ②直接数字频
率合成技术[5 ] ; ③基于 CPLD/ FP GA 专用数字集成电路. 信号放大模块的实现方法有: ①采用传统
的推挽功率放大电路; ②用压电放大器替代电磁放大器[6 ] ; ③采用双电感电容谐振技术; ④采用
专用的集成放大芯片,如 PA85. 本研究拟根据行波型超声波电机的工作原理,采用直接频率合成技
术,以 ARM 开发板 S3C2410 为核心,配合变压器耦合驱动电路,设计一种嵌入式速度与