文档介绍：中图分类号: 论文编号:1028704 12-S086
学科分类号:080202

硕士学位论文

直线型超声电机驱动的精密定位平台
运动控制系统的研究

研究生姓名李珊珊
学科、专业通信与信息系统
研究方向信息与信号处理
指导教师叶明副教授

南京航空航天大学
研究生院电子信息工程学院
二О一一年十二月
Nanjing University of Aeronautics and Astronautics
The Graduate School
College of Electronic and Information Engineering

Research on the motion control system of
precision motion platform driven by linear
ultrasonic motor

A Thesis in
Communication and Information System

by
LiShanshan
Advised by
Prof. YeMing

Submitted in Partial Fulfillment

of the Requirements

for the Degree of

Master of Engineering

December, 2011
承诺书

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(保密的学位论文在解密后适用本承诺书)

作者签名:
日期:
南京航空航天大学硕士学位论文
摘要
精密定位技术的先进与否是衡量一个国家制造业综合实力的标志之一,对其研究具有较大
的应用价值。为使精密定位平台达到微米或亚微米定位精度,必须对其驱动与运动控制算法进
行深入的探讨。本文针对直线型超声电机驱动的精密定位平台的特点,设计了运动控制系统,
并对运动控制系统的性能进行了分析及实验研究,主要完成了以下几个方面的工作:
(1)由压电陶瓷材料的压电效应入手,分析驱动平台的蝶形直线超声电机的运行机理,由运行
机理得出电机的三种速度控制方式。对三种控制方式比较后,选取调频调速作为系统的速度控
制方式。
(2)设计由二维运动平台、硬件平台和软件平台构成的精密定位平台运动控制系统。其中,硬
件平台包括运动控制卡、驱动电路和光电编码器;软件平台包括数据采集处理算法和运动控制
算法。在其共同作用下,实现运动平台的精密定位。
(3)运动控制算法分为两大类:简单闭环控制和复合控制算法。在简单闭环控制模式下,对运
动控制系统的定位性能进行分析,找出了影响系统定位精度的因素。为消除此因素的影响,针
对系统的定位性能设计了复合控制算法。研究了系统在复合控制算法模式下的定位性能。
(4)基于二维运动平台的结构特性,分析了运动控制系统双轴运动实现二维波形跟踪的可行性。
在复合控制算法模式下,双轴交替运动,实现平台对方波、正弦波和圆形运动轨迹的跟踪。
本项研究建立了精密定位平台的驱动、控制系统,揭示了平台的运动特性,研究了平台的
精密定位算法,并进行了二维运动轨迹的波形跟踪,以上研究成果为进一步开展精密定位技术
的研究及拓宽精密定位平台的应用领域奠定了较好的基础。
关键词:蝶形直线超声电机,压电陶瓷,运动控制系统,连续加步进,PID 控制,脉宽调速
i
直线型超声电机驱动的精密定位平台运动控制系统的研究
ABSTRACT
Precise location technology is one of the symbols of the measure of a national manufacturing
general strength, so the research of it has great practical value. It must research its driven and motion
control algorithm further to make