CN111193437B - 一种带反馈回路的超声电机lc谐振匹配电路 - Google Patents
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Abstract
本发明属于超声电机驱动控制技术领域，具体涉及一种带反馈回路的超声电机LC谐振匹配电路。本装置包括主回路部分和反馈回路部分两部分，主回路由推挽逆变电路和LC谐振匹配电路组成，实现电压增益；反馈回路由电压采样模块、PID控制器、PWM芯片和BUCK电路组成。本发明将反馈的思想带入过程控制，使被控制对象LC谐振匹配电路输出驱动电压幅值基本恒定，解决了电机转速控制变量驱动电压频率和幅值发生耦合的问题，对超声电机的转速控制具有重要意义。
Description
技术领域
本发明属于超声电机驱动控制技术领域，具体涉及一种带反馈回路的超声电机LC谐振匹配电路。
背景技术
超声电机驱动控制需要在驱动电源和电机之间加上匹配电路，将方波信号转化为正弦信号，进而驱动电机。究其原因，一方面，当驱动信号为正弦波时，超声电机的机械振动特性最佳；另一方面，由于超声电机呈强容性特征，匹配电路使系统实现能源的高效转换，避免激发高频谐波。
超声电机转速控制变量为驱动电压频率、幅值和两相相位差。对控制系统而言，一般希望控制变量是解耦的，即控制变量能独立可调。然而，现广泛应用的LC匹配电路和LCC匹配电路的电压增益易受驱动电压频率和温度影响，从而造成调频调速方式下电机转速控制变量驱动电压频率和幅值发生耦合，大大提高了超声电机的控制难度。
发明内容
本发明的目的是提出了一种带反馈回路的超声电机LC匹配电路，在驱动电压频率和温度变化时，输出电压幅值基本恒定，增益可调且调节速度快、精度较高，实现了超声电机转速控制变量解耦。
为了实现这一目的，本发明采取的技术方案是：
一种带反馈回路的超声电机LC谐振匹配电路，本装置包括主回路部分和反馈回路部分两部分，主回路由推挽逆变电路和LC谐振匹配电路组成，实现电压增益；
反馈回路由电压采样模块、PID控制器、PWM芯片和BUCK电路组成。
一种带反馈回路的超声电机LC谐振匹配电路，所述电压采样模块由两个可调电阻构成，实现分压作用；
一种带反馈回路的超声电机LC谐振匹配电路，所述PID控制器由单片机实现；
PID控制器与电压采样模块和PWM芯片连接，根据输出电压幅值采样值与电压幅值目标值进行比对解算后，控制PWM芯片产生一定占空比的PWM信号。
一种带反馈回路的超声电机LC谐振匹配电路，所述PWM芯片为SG3525；
PWM信号作用于BUCK电路，控制BUCK电路中开关管的通断，进而调节BUCK电路输出电压幅值。
一种带反馈回路的超声电机LC谐振匹配电路，所述BUCK电路由开关管、二极管、电容、电感搭建而成；
BUCK电路与主回路上的推挽逆变电路连接，BUCK电路输出作为推挽逆变电路的输入，反馈回路重新作用于主回路上。
一种带反馈回路的超声电机LC谐振匹配电路，所述电压采样模块与主回路上的LC谐振匹配电路连接，对电路输出电压幅值Vout进行采样；
依据输出电压幅值Vout，不断调整PWM占空比，控制中间变量Vcc，从而控制输出电压幅值Vout保持恒定。
本发明的有益效果为：
将反馈的思想带入过程控制，使被控制对象LC谐振匹配电路输出驱动电压幅值基本恒定，解决了电机转速控制变量驱动电压频率和幅值发生耦合的问题，对超声电机的转速控制具有重要意义。
附图说明
图1为带反馈回路的LC谐振匹配电路。
具体实施方式
下面结合附图及具体实施例对本发明详细说明。
本文把反馈的思想带入超声电机匹配电路，通过对输出采样，不断调节中间变量，从而使输出保持恒定，确保系统增益不受温度和驱动电压频率影响。
另外，系统增益可通过改变输出电压幅值目标值调节。设计方案如图1所示，系统输入为互补的方波信号PWM_H和PWM_L，输出为电机端电压Vout，中间变量为Vcc。
主回路由推挽逆变电路和LC谐振匹配电路组成，实现电压增益，是当前的通用方案。
本文提出的反馈回路由电压采样模块、PID控制器、PWM芯片和BUCK电路组成。
电压采样模块由两个可调电阻构成，实现分压作用；PID控制器由单片机实现；PWM芯片为SG3525；BUCK电路由开关管、二极管、电容、电感等搭建而成。
电压采样模块与主回路上的LC谐振匹配电路连接，对电路输出电压幅值Vout进行采样。
PID控制器与电压采样模块和PWM芯片连接，根据输出电压幅值采样值与电压幅值目标值进行比对解算后，控制PWM芯片产生一定占空比的PWM信号。
PWM信号作用于BUCK电路，控制BUCK电路中开关管的通断，进而调节BUCK电路输出电压幅值。
BUCK电路与主回路上的推挽逆变电路连接，BUCK电路输出作为推挽逆变电路的输入，反馈回路重新作用于主回路上。
即依据输出电压幅值Vout，不断调整PWM占空比，控制中间变量Vcc，从而控制输出电压幅值Vout保持恒定。因此系统增益不受温度和驱动电压频率影响。
一种带反馈回路的普通电机LC谐振匹配电路，本装置包括主回路部分和反馈回路部分两部分，主回路由推挽逆变电路和LC谐振匹配电路组成，实现电压增益；
反馈回路由电压采样模块、PID控制器、PWM芯片和BUCK电路组成。
一种带反馈回路的普通电机LC谐振匹配电路，所述电压采样模块由两个可调电阻构成，实现分压作用；
一种带反馈回路的普通电机LC谐振匹配电路，所述PID控制器由单片机实现；
PID控制器与电压采样模块和PWM芯片连接，根据输出电压幅值采样值与电压幅值目标值进行比对解算后，控制PWM芯片产生一定占空比的PWM信号。
一种带反馈回路的普通电机LC谐振匹配电路，所述PWM芯片为SG3525；
PWM信号作用于BUCK电路，控制BUCK电路中开关管的通断，进而调节BUCK电路输出电压幅值。
一种带反馈回路的普通电机LC谐振匹配电路，所述BUCK电路由开关管、二极管、电容、电感搭建而成；
BUCK电路与主回路上的推挽逆变电路连接，BUCK电路输出作为推挽逆变电路的输入，反馈回路重新作用于主回路上。
一种带反馈回路的普通电机LC谐振匹配电路，所述电压采样模块与主回路上的LC谐振匹配电路连接，对电路输出电压幅值Vout进行采样；
依据输出电压幅值Vout，不断调整PWM占空比，控制中间变量Vcc，从而控制输出电压幅值Vout保持恒定。
针对超声电机LC谐振匹配电路的电压增益易受驱动信号频率和温度影响，从而造成调频调速方式下的电机转速控制变量耦合的问题。
本发明提出了一种带反馈回路的LC谐振匹配电路，其调节速度快、精度较高，实现了超声电机转速控制变量解耦，且电压增益可调，显著降低了超声电机控制难度，对超声电机的推广与应用具有重要的意义。
Claims (1)
1.一种带反馈回路的超声电机LC谐振匹配电路，包括主回路部分和反馈回路部分两部分，主回路由推挽逆变电路和LC谐振匹配电路组成，实现电压增益；
反馈回路由电压采样模块、PID控制器、PWM芯片和BUCK电路组成；
所述电压采样模块由两个可调电阻构成，实现分压作用；
所述PID控制器由单片机实现；
PID控制器与电压采样模块和PWM芯片连接，根据输出电压幅值采样值与电压幅值目标值进行比对解算后，控制PWM芯片产生一定占空比的PWM信号；
所述PWM芯片为SG3525；
PWM信号作用于BUCK电路，控制BUCK电路中开关管的通断，进而调节BUCK电路输出电压幅值；
所述BUCK电路由开关管、二极管、电容、电感搭建而成；
BUCK电路与主回路上的推挽逆变电路连接，BUCK电路输出作为推挽逆变电路的输入，反馈回路重新作用于主回路上；
所述电压采样模块与主回路上的LC谐振匹配电路连接，对电路输出电压幅值Vout进行采样；
依据输出电压幅值Vout，不断调整PWM占空比，控制中间变量Vcc，从而控制输出电压幅值Vout保持恒定。
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