CN105978400B - 超声电机控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种超声电机控制方法，所述的控制方法包括以下步骤：步骤一、确定热敏电阻‑工作温度模型；步骤二、确定温度‑系统工作频率下限模型；步骤三、确定DAC输出‑控制信号频率模型；步骤四、计算电机温度及频率。本发明采用温度补偿方案，解决电机温度变化可能带来的电机转速偏高，而导致超声电机寿命下降，甚至损坏的问题；采用频带限制方案，将控制信号限制在安全有效的范围中，解决极端情况下电机转速突变，或反转的问题；对舵机控制信号频率进行频带限制，避免超声电机出现转动异常现象；采用自适应转速控制方案，根据电机目标位置与当前位置的关系，实时确定电机的转速，进一步提升超声电机的转动稳定性。
Description
技术领域
本发明涉及超声电机控制技术领域，具体涉及一种超声电机控制方法。
背景技术
超声电机(ultrasonic motor,USM)是一种利用压电材料的逆压电效应，激发弹性体在超声频段内产生微幅振动，并通过定子与转子之间的摩擦作用将其转换成转子的旋转或直线运动的装置。相比于传统的电机，超声电机因其具有1)无需齿轮减速机构，结构紧凑；2)不产生磁场，也不受外界磁场干扰；3)断电自锁；4)位置和速度控制精度高，位移分辨率高；5)响应速度快等优点，在汽车、航空航天、微型机器人、光学仪器及武器装备等领域里有广泛的应用前景。
近年来，基于超声电机技术的超声舵机在微小型武器系统的智能化升级改造中崭露头角。超声舵机由超声电机(包括高精度热敏电阻和反馈电位计)、超声电机控制器和控制软件构成。由于超声电机的工作原理和固有特性，其控制器和控制软件开发面临着以下典型的难题：
1)定子和转子间的摩擦作用将导致电机温度快速上升，从而使得在相同的控制信号下电机的转速不稳定；
2)某些情况下出现电机转速过高，甚至反转的现象；
3)特定条件下，当输出信号频率连续变化时，超声电机可能出现转速突变现象；
4)低温条件下超声电机启动性能下降，且输出力矩不足；
5)超声舵机特性参数繁多，且个体差异明显。
发明内容
本发明克服了现有技术的不足，提供一种位置闭环控制和转速闭环控制相结合的控制方法，采取了一系列有效的措施，消除了时变工作温度的对超声电机工作稳定性的不良影响，实现了对超声电机稳定、可靠和高精度的控制。
为解决上述的技术问题，本发明采用以下技术方案：
一种超声电机控制方法，所述的控制方法包括以下步骤：
步骤一、确定热敏电阻-工作温度模型；
步骤二、确定温度-系统工作频率下限模型；
步骤三、确定DAC输出-控制信号频率模型；
步骤四、计算电机温度及频率。
更进一步的技术方案是所述步骤一包括：通过带温度补偿的恒流源电路将热敏电阻随电机温度的电阻变换值转换为电压的变化值，经主控芯片的ADC模块采集后，由下式转换为超声电机的当前工作温度：
式(4)为超声舵机的温度-电阻模型，通过超声舵机热敏电阻标定得到；
其中，
3.3为参考电压值，212-1为12位ADC的表示范围；
valR为ADC采集得到的12位热敏电阻电压值；
IR为恒流源测量电路的电流值；
rR为热敏电阻在当前温度下电阻值；
kTR表示热敏电阻温度-电阻模型曲线的斜率，为超声舵机配置参数；
disTR表示热敏电阻温度-电阻模型曲线的截距，为超声舵机配置参数；
wR表示超声电机的当前温度。
更进一步的技术方案是所述步骤二包括：根据得到的超声电机实时工作温度，通过式(3)计算出超声电机在该温度下的工作频率下限：
fdown＝kTF·wR+disTF (3)
fbrake＝fdown+fspan (4)
式(5)为超声舵机的温度-工作频率下限模型，通过超声舵机高低温标定得到；其中，
fdown为超声电机当前工作温度下的工作频率下限；
kTF表示热敏电阻温度-电阻模型曲线的斜率；
disTF表示热敏电阻温度-电阻曲线的截距；
fbrake为超声电机当前工作温度下刹车频率；
fspan为超声电机正常运行与低速运行的控制信号频率之差。
更进一步的技术方案是所述步骤三包括：
根据得到的超声电机的实时工作频率下限，通过下式计算出超声电机控制器在超声电机当前工作温度下的DAC输出值：
式(7)为超声舵机的DAC输出-控制信号频率模型，通过超声舵机控制器标定得到；其中，
dac为超声电机当前工作温度下超声电机控制器的DAC输出值；
kDACF表示DAC输出-控制信号频率曲线的斜率；
disDACF表示DAC输出-控制信号频率的截距。
更进一步的技术方案是还包括：采用增量式PI调整策略稳定电机的转速步骤；PID调整量由下式计算得到：
veer＝vset-v (6)
pk＝KP·(veer-vpre_eer)+KI·veer (7)
pk1＝pk1+pk (8)
其中，vset为电机设定转速；
v为电机当前实测转速；
veer为本控制周期转速偏差；
vpre_eer为上一控制周期转速偏差；
KP，KI为PID控制参数；
pk为PID调整增量；
pk1为PID调整量。
更进一步的技术方案是还包括：采用电机当前工作频率下限对每个控制周期计算得到的电机当前工作频率进行限幅处理步骤。
更进一步的技术方案是还包括根据上位机发来的电机期望位置与实时测量得到的电机当前位置之间的距离，在每个控制周期均动态自适应地设定电机的实时运行转速，并对其进行转速限幅步骤。
更进一步的技术方案是还包括电机位置闭环控制步骤，包括：通过比较电机当前位置和期望位置的关系，控制电机工作在正常运行状态、刹车状态和停止状态。
更进一步的技术方案是所述电机位置闭环控制步骤包括：在每个控制周期内，以无限循环的方式进行位置检测与控制，直到电机转动到期望位置的精度范围以内。
更进一步的技术方案是所述电机位置闭环控制步骤包括：当检测到电机到达刹车位置时，立即输出当前工作温度下的刹车频率工作信号。
与现有技术相比，本发明实施例的有益效果之一是：
1)采用温度补偿方案，解决电机温度变化可能带来的电机转速偏高，而导致超声电机寿命下降，甚至损坏的问题；
2)采用频带限制方案，将控制信号限制在安全有效的范围中，解决极端情况下电机转速突变，或反转的问题；对舵机控制信号频率进行频带限制，避免超声电机出现转动异常现象(转速突变或反转)；
3)采用自适应转速控制方案，根据电机目标位置与当前位置的关系，实时确定电机的转速，进一步提升超声电机的转动稳定性；
4)采用增量式PI控制方案，解决电机温度变化带来的转速变化问题；
5)采用电机位置的闭环控制方案，并结合转速的闭环控制，改善了超声电机的动态性能，实现了电机位置的精确控制；
6)采用参数可配置方案，解决超声舵机特性参数繁多，且个体差异明显的问题，从而显著增强超声舵机控制软件的硬件适应性。
附图说明
图1为本发明一个实施例中超声电机闭环控制流程图。
图2为本发明一个实施例中超声电机控制数据流图。
图3为本发明一个实施例中超声电机转速自适应设定流程图。
图4为本发明一个实施例中超声电机温度及工作频率计算流程图。
图5为本发明一个实施例中超声电机运动路径图。
图6为本发明一个实施例中超声电机实时转速计算流程图。
图7为本发明一个实施例中超声电机调速流程图。
图8为本发明一个实施例中超声电机位置闭环控制流程图。
图9为本发明一个实施例中向舵机控制发送幅度为5，频率为5的舵控信号时，判断空载条件下超声电机对控制信号的跟踪能力示意图。
图10为本发明一个实施例中向舵机控制发送幅度为5，频率为10的舵控信号时，判断空载条件下超声电机对控制信号的跟踪能力示意图。
图11为本发明一个实施例中向舵机控制发送幅度为10，频率为5的舵控信号时，判断空载条件下超声电机对控制信号的跟踪能力示意图。
图12为本发明一个实施例中向舵机控制发送幅度为10，频率为10的舵控信号时，判断空载条件下超声电机对控制信号的跟踪能力示意图。
图13为本发明一个实施例中向舵机控制发送幅度为5，频率为5的舵控信号时，判断弹性负载条件下超声电机对控制信号的跟踪能力示意图。
图14为本发明一个实施例中向舵机控制发送幅度为5，频率为10的舵控信号时，判断弹性负载条件下超声电机对控制信号的跟踪能力示意图。
图15为本发明一个实施例中向舵机控制发送幅度为10，频率为5的舵控信号时，判断弹性负载条件下超声电机对控制信号的跟踪能力示意图。
图16为本发明一个实施例中向舵机控制发送幅度为10，频率为10的舵控信号时，判断弹性负载条件下超声电机对控制信号的跟踪能力示意图。
具体实施方式
本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。
本说明书(包括任何附加权利要求、摘要和附图)中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。
下面结合附图及实施例对本发明的具体实施方式进行详细描述。
如图1所示，根据本发明的一个实施例，本实施例公开一种超声电机控制方法，超声电机转动过程中，随着电机工作温度的变化，电机的转速将变得不稳定，严重情况下，将会影响到电机对控制信号的跟踪性能。为了确保电机转动的稳定性，本实施例采用PID方法对电机转动速度进行闭环控制(如图1所示)。同时，为了保证电机的定位精度，减小位置控制过程中可能出现的超调、振荡和位置偏差，本实施例为超声电机预先设定了正常运行、减速运行和停止三种工作模式，对电机的位置也采用了闭环控制策略(如图1所示)。
超声电机控制过程中，信号的采集、数据的处理和数据的传输是有效控制的基本前提。图2给出了单个控制周期内的数据流图以及数据处理过程。
电机当前位置的准确计算是后续电机转动方向确定、电机转速自适应计算以及舵返数据的基础。本实施例采用12位ADC采集反馈电位计的电压值，来实现对电机位置的精确测量。电机的当前位置可通过式(1-2)进行计算。
loc＝2.0·loclim·(val-zero)/scal (9)
loc＝loc·amp (10)
其中，loc表示电机当前位置；
loclim表示电机极限位置，为根据用户需求设定的常量；
val为ADC采集得到的12位反馈电位计电压值；
zero为电机的电气零位值，电机配置参数；
scal为电机满刻度值，电机配置参数；
amp为放大倍数(由通信协议确定)，常量。
正常情况下，电机当前位置应该在极限范围以内。为了保证超声舵机运行的可靠性，测量得到的电机位置如果超出其极限范围，应被限幅在极限范围以内。
接收到上位机发来的舵控量(期望位置)后，首先对其进行限幅处理，避免电机转动到极限范围之外。
在满足系统动态特性的前提下，降低电机的实时转动速度可有效减小系统超调和增强电机转动的稳定性。本实施例根据上位机发来的电机期望位置与实时测量得到的电机当前位置之间的距离，在每个控制周期均动态自适应地设定电机的实时运行转速，并对其进行转速限幅(如图3所示)。在转速闭环控制过程中，以自适应设定的转速为PID控制的目标转速。
进一步的，本实施例采用高精度热敏电阻来监测超声电机的实时工作温度。超声电机设计阶段，应通过热敏电阻-工作温度试验(高低温试验)确定系统的热敏电阻-工作温度模型。通过带温度补偿的恒流源电路将热敏电阻随电机温度的电阻变换值转换为电压的变化值，经主控芯片的ADC模块(12位)采集后，由下式转换为超声电机的当前工作温度。
式(4)为超声舵机的温度-电阻模型，可通过超声舵机热敏电阻标定得到。其中，
3.3为参考电压值，212-1为12位ADC的表示范围；
valR为ADC采集得到的12位热敏电阻电压值；
IR为恒流源测量电路的电流值，为5mA；
rR为热敏电阻在当前温度下电阻值；
kTR表示热敏电阻温度-电阻模型曲线的斜率，为超声舵机配置参数；
disTR表示热敏电阻温度-电阻模型曲线的截距，为超声舵机配置参数；
wR表示超声电机的当前温度。
超声电机的工作频率下限(保证超声电机正常工作的控制信号频率下限，如果控制信号频率低于该值，则电机将持续超高速旋转，将带来电机转动不稳，严重时电机可能发生永久性损坏)随着电机工作温度的变化而变化。超声电机设计阶段，应通过温度-工作频率试验(高低温试验)确定系统的温度-系统工作频率下限模型。根据得到的超声电机实时工作温度，可通过式(3)计算出超声电机在该温度下的工作频率下限。
fdown＝kTF·wR+disTF (13)
fbrake＝fdown+fspan (14)
式(5)为超声舵机的温度-工作频率下限模型，可通过超声舵机高低温标定得到。超声电机控制过程中，当电机当前位置距离目标位置小于设定值(刹车距离)时，可通过式(6)计算出超声电机当前工作温度下的刹车频率，从而实现快速刹车。其中，
fdown为超声电机当前工作温度下的工作频率下限；
kTF表示热敏电阻温度-电阻模型曲线的斜率，为超声舵机配置参数；
disTF表示热敏电阻温度-电阻曲线的截距，为超声舵机配置参数；
fbrake为超声电机当前工作温度下刹车频率；
fspan为超声电机正常运行与低速运行(刹车)的控制信号频率之差，为超声舵机配置参数。
进一步的，本实施例采用DAC输出模拟直流电压，经驱动电路进行电压范围缩放、压频转换以及功率放大后向超声电机输出控制信号。对于不同的超声电机控制器，应通过控制器标定试验确定DAC输出-控制信号频率模型(对于不同的超声电机控制器，该模型会有所不同)。根据得到的超声电机的实时工作频率下限，可通过下式计算出超声电机控制器在超声电机当前工作温度下的DAC输出值。
式(7)为超声舵机的DAC输出-控制信号频率模型，可通过超声舵机控制器标定得到。其中，
dac为超声电机当前工作温度下超声电机控制器的DAC输出值；
kDACF表示DAC输出-控制信号频率曲线的斜率，为超声舵机配置参数；
disDACF表示DAC输出-控制信号频率的截距，为超声舵机配置参数；
通过如图4所示流程计算电机的当前工作温度、当前工作频率下限和当前刹车频率。
进一步的，电机实时转速的有效计算是电机转速PID闭环控制的关键因素。如图5所示，当电机从位置A开始向着期望位置运动时，如果一个控制周期以内电机转动方向没有发生改变(距离较远，电机没有能够转动到期望位置，电机的运动路径为位置A->位置B)，则电机实时转速＝运动距离/控制周期；另一种情况是，一个控制周期内电机转动方向发生改变(距离较近，电机的运动路径为位置A->位置B->位置C->位置B)，上述计算转速的方式将会出现错误，从而影响PID调速过程。
本实施例采用如图6所示的方法，在每个控制周期计算电机的累计转动距离，从而实现电机实时转速的准确计算。
进一步的，本实施例采用增量式PI调整策略稳定电机的转速。PID调整量可由式(8-10)计算得到。
veer＝vset-v (16)
pk＝KP·(veer-vpre_eer)+KI·veer (17)
pk1＝pk1+pk (18)
其中，vset为电机设定转速；
v为电机当前实测转速；
veer为本控制周期转速偏差；
vpre_eer为上一控制周期转速偏差；
KP，KI为PID控制参数；
pk为PID调整增量；
pk1为PID调整量。
电机PID调速及最终输出控制信号频率计算流程如图7所示。为防止电机转速过快，采用电机当前工作频率下限来对每个控制周期计算得到的电机当前工作频率进行限幅处理。
通过比较电机当前位置和期望位置的关系，控制电机工作在正常运行状态、刹车状态和停止状态，确保电机在一定精度范围内转动到期望位置。超声电机位置闭环控制策略如图8所示：
以上控制策略的关键点在于：
1)在每个控制周期内，以无限循环的方式进行位置检测与控制，直到电机转动到期望位置的精度范围以内；
2)当检测到电机到达刹车位置时，立即输出当前工作温度下的刹车频率工作信号，保证电机转速的即刻下降，有效降低位置闭环控制过程中的超调和振动，从而显著提高了电机位置的控制精度，同时也改善了电机的动态性能。
进一步的，本实施例中通信协议设计如下：
舵机控制器与上位机通过RS422端口进行数据通信(波特率115200，停止位1，数据位8，奇校验)。上位机发送给舵机控制器的指令数据帧格式见表1所示。
表1指令数据帧格式
表2指令分类码
| 序号 | 指令分类码 | 指令名称 | 数据方向 |
| 1 | 0x01 | 舵机零位标定指令 | 上位机->舵机控制器 |
| 2 | 0x55 | 舵机运行指令 | 上位机->舵机控制器 |
上位机发送给舵机控制器的配置数据帧格式见表3所示。
表3舵机配置参数数据帧格式
舵机控制器返回上位机的数据帧格式见表4所示。
表4舵机返回数据帧格式
表5舵机状态字格式
本实施例通过空载试验和弹性负载试验，来验证本实施例超声舵机控制系统及软件设计的有效性。
空载试验
如图9至图12所示，本试验中，舵机不带负载。采用PC机模拟上位机，通过串口向舵机控制器发送不同幅度和不同频率的舵控信号(频率范围1～15Hz和幅度范围-10°～10°的正弦信号)，并实时读取舵机的当前位置，然后发送回上位机。通过对比控制信号和舵返信号，判断空载条件下超声舵机对控制信号的跟踪能力。
空载试验结果表明，在本实施例设计的超声舵机控制系统及软件的作用下，超声电机对舵控信号有非常良好的跟踪作用，在频率范围1～15Hz和幅度范围-10°～10°的幅度衰减均低于5％，相位滞后均低于10°。限于篇幅，图9～12仅列出了部分幅度和频率的舵控信号和舵返信号对照曲线。
弹性负载试验
如图13至16所示，本试验中，舵机带弹性负载(通过专门设计的方形长条弹性杆来模拟弹性负载，负载力矩梯度为0.04N.m/°)。采用PC机模拟上位机，通过串口向舵机控制器发送不同幅度和不同频率的正弦控制信号，并实时读取舵机的当前位置，然后发送回上位机。通过对比控制信号和反馈信号，判断弹性负载条件下超声舵机对控制信号的跟踪能力。
弹性负载试验结果表明，在超声电机的最大工作力矩范围内(本实施例中为0.5N.m)，在本实施例设计的超声舵机控制系统及软件的作用下，超声电机对舵控信号的跟踪性能与空载条件下几乎一致，有非常良好的跟踪作用，在所要求的频率范围(1～15Hz)内的幅度衰减均低于5％，相位滞后均低于10°。限于篇幅，图13～16仅列出了弹性负载条件下部分幅度和频率的舵控信号和舵返信号对照曲线。
本实施例针对超声舵机转速随着温度发生变化、超速转动、反转、构成复杂且特性参数繁多等特点，提出了自适应转速确定、温度补偿、频带限制、增量式PI控制等超声舵机控制系统设计解决方案，空载试验和负载试验表明，在本实施例提出的超声舵机控制系统设计方法和软件实现方法的作用下，超声舵机转动非常稳定，未发生超速、反转和转速突变等不良现象，同时，对于频率范围1～15Hz和幅度范围-10°～10°的正弦舵控信号，有非常优良的动态跟踪性能(幅度衰减均低于5％，相位滞后均低于10°)。本实施例提出的超声舵机参数可配置解决方案，有效地提升了超声舵机控制软件对不同硬件构成的适应能力，可实现超声舵机几大模块(超声电机、反馈电位计和舵机控制器)的灵活组合。
在本说明书中所谈到的“一个实施例”、“另一个实施例”、“实施例”等，指的是结合该实施例描述的具体特征、结构或者特点包括在本申请概括性描述的至少一个实施例中。在说明书中多个地方出现同种表述不是一定指的是同一个实施例。进一步来说，结合任一个实施例描述一个具体特征、结构或者特点时，所要主张的是结合其他实施例来实现这种特征、结构或者特点也落在本发明的范围内。
尽管这里参照发明的多个解释性实施例对本发明进行了描述，但是，应该理解，本领域技术人员可以设计出很多其他的修改和实施方式，这些修改和实施方式将落在本申请公开的原则范围和精神之内。更具体地说，在本申请公开权利要求的范围内，可以对主题组合布局的组成部件和/或布局进行多种变型和改进。除了对组成部件和/或布局进行的变型和改进外，对于本领域技术人员来说，其他的用途也将是明显的。
Claims (7)
1.一种超声电机控制方法，其特征在于所述的控制方法包括以下步骤：
步骤一、确定热敏电阻-工作温度模型；
所述的步骤一包括：通过带温度补偿的恒流源电路将热敏电阻随电机温度的电阻变换值转换为电压的变化值，经主控芯片的ADC模块采集后，由下式转换为超声电机的当前工作温度：
式(1)为超声舵机的温度-电阻模型，通过超声舵机热敏电阻标定得到；其中，
3.3为参考电压值，212-1为12位ADC的表示范围；
valR为ADC采集得到的12位热敏电阻电压值；
IR为恒流源测量电路的电流值；
rR为热敏电阻在当前温度下电阻值；
kTR表示热敏电阻温度-电阻模型曲线的斜率，为超声舵机配置参数；
disTR表示热敏电阻温度-电阻模型曲线的截距，为超声舵机配置参数；
wR表示超声电机的当前温度；
步骤二、确定温度-系统工作频率下限模型；
所述的步骤二包括：根据得到的超声电机实时工作温度，通过式(3)计算出超声电机在该温度下的工作频率下限：
fdown＝kTF·wR+disTF (3)
fbrake＝fdown+fspan (4)
式(3)为超声舵机的温度-工作频率下限模型，通过超声舵机高低温标定得到；其中，
fdown为超声电机当前工作温度下的工作频率下限；
kTF表示热敏电阻温度-电阻模型曲线的斜率；
disTF表示热敏电阻温度-电阻曲线的截距；
fbrake为超声电机当前工作温度下刹车频率；
fspan为超声电机正常运行与低速运行的控制信号频率之差；
步骤三、确定DAC输出-控制信号频率模型；
所述的步骤三包括：
根据得到的超声电机的实时工作频率下限，通过下式计算出超声电机控制器在超声电机当前工作温度下的DAC输出值：
式(5)为超声舵机的DAC输出-控制信号频率模型，通过超声舵机控制器标定得到；其中，
dac为超声电机当前工作温度下超声电机控制器的DAC输出值；
kDACF表示DAC输出-控制信号频率曲线的斜率；
disDACF表示DAC输出-控制信号频率的截距；
步骤四、计算电机温度及频率。
2.根据权利要求1所述的超声电机控制方法，其特征在于还包括：采用增量式PI调整策略稳定电机的转速步骤；PID调整量由下式计算得到：
veer＝vset-v (6)
pk＝KP·(veer-vpre_eer)+KI·veer (7)
pk1＝pk1+pk (8)
其中，vset为电机设定转速；
v为电机当前实测转速；
veer为本控制周期转速偏差；
vpre_eer为上一控制周期转速偏差；
KP，KI为PID控制参数；
pk为PID调整增量；
pk1为PID调整量。
3.根据权利要求1所述的超声电机控制方法，其特征在于还包括：采用电机当前工作频率下限对每个控制周期计算得到的电机当前工作频率进行限幅处理步骤。
4.根据权利要求1所述的超声电机控制方法，其特征在于还包括根据上位机发来的电机期望位置与实时测量得到的电机当前位置之间的距离，在每个控制周期均动态自适应地设定电机的实时运行转速，并对其进行转速限幅步骤。
5.根据权利要求1所述的超声电机控制方法，其特征在于还包括电机位置闭环控制步骤，包括：通过比较电机当前位置和期望位置的关系，控制电机工作在正常运行状态、刹车状态和停止状态。
6.根据权利要求5所述的超声电机控制方法，其特征在于所述的电机位置闭环控制步骤包括：在每个控制周期内，以无限循环的方式进行位置检测与控制，直到电机转动到期望位置的精度范围以内。
7.根据权利要求5所述的超声电机控制方法，其特征在于所述的电机位置闭环控制步骤包括：当检测到电机到达刹车位置时，立即输出当前工作温度下的刹车频率工作信号。
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Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5130619A (en) * | 1990-12-26 | 1992-07-14 | Kubota Corporation | Drive control apparatus for an ultrasonic motor |
| US5508579A (en) * | 1990-11-29 | 1996-04-16 | Nikon Corporation | Ultrasonic motor driving device |
| CN103414376A (zh) * | 2013-07-25 | 2013-11-27 | 北京航天控制仪器研究所 | 内置角度传感器一体化超声电机伺服控制系统 |
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Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5508579A (en) * | 1990-11-29 | 1996-04-16 | Nikon Corporation | Ultrasonic motor driving device |
| US5130619A (en) * | 1990-12-26 | 1992-07-14 | Kubota Corporation | Drive control apparatus for an ultrasonic motor |
| CN103888019A (zh) * | 2013-07-18 | 2014-06-25 | 西安创联超声技术有限责任公司 | 基于温度跟踪的自适应超声电机 |
| CN103414376A (zh) * | 2013-07-25 | 2013-11-27 | 北京航天控制仪器研究所 | 内置角度传感器一体化超声电机伺服控制系统 |
Non-Patent Citations (2)
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|---|
| 基于温度反馈的超声波电动机速度控制系统;郭超 等;《微特电机》;20121231;第40卷(第5期);62-64，70 * |
| 超声电机简单专家PID速度控制;史敬灼 刘玉;《中国电机工程学报》;20131225;第33卷(第36期);120-125 * |
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