[发明专利]三电源空间调相行波超声波电机正反转移相控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种三电源空间调相行波超声波电机正反转移相控制方法，属于超声波电机控制领域。

背景技术

环形行波超声波电机是目前使用比较多的一种超声波电机，其速度控制的实质在于改变行波的波幅、速度和质点的椭圆轨迹，对应的三个基础控制量是电压幅值、频率和相位差。常用的控制方案是将电压、频率、相位三种控制方式结合起来，合适的做法是，在利用电压和频率实现电机本体控制的基础上，利用相位实现伺服输出控制，因此相位差控制是重要的核心之一。

时间移相控制时，传统超声波电机采用两个电源

csinωt

csin(ωt+π/2+α)＝ccos(ωt+α)

在AB区分别在定子中激励独立的驻波：

w_A＝crsinnx·sinωt

w_B＝crcosnx·cos(ωt+α)

定子中合成波形为：

w＝w_A+w_B

＝cr[sin nx·sinωt+cosnx·cos(ωt+α)]

其中cr为驻波横向振动振幅，为标么值，r是驻波幅值相对于电压幅值的系数，x为空间位置角度，ω为振动角频率，n＝l/λ是沿定子圆周的波数，l为定子周长，λ为弹性波长，t为时间，α+π/2为时间移相角。说明书中相同符号表示相同的含义。

当电源激励时间相位互差值逐渐偏离π/2时，定子中合成波形里面包含行波和驻波，且偏离量越大，驻波分量越大，从而改变了电机转速。

空间上两个相同时间相位相同波长的正弦波形叠加后仍然是正弦波形，合成正弦波形的幅值和空间位置取决于两个原始正弦波形的幅值大小和比值关系。传统超声波电机每个电源各自激励的驻波在空间上是固定的，如果将这个驻波改由两个具有相同时间相位和相同波长的驻波叠加而成，则两个驻波大小关系的改变可以导致合成驻波在空间发生位移。

利用上述方法，单独移动A区的驻波，而两区激励电源保持原有的π/2不变，则可以实现空间移相(单独移动B区驻波也有同样效果)。即三电源行波超声波电机。

如图1所示，三电源行波超声波电机的压电陶瓷包括A区和B区。A区压电陶瓷和B区压电陶瓷空间相差四分之一行波波长，各区压电陶瓷均采用四分之一行波波长的压电片极化分区，极化分区沿顺时针方向的极化方向按“++--”依次排列；所述压电陶瓷采用电源一10、电源二11、电源三12激励，电源一10和电源二11按顺时针方向间隔作用于A区压电陶瓷各极化分区，电源三12作用于B区压电陶瓷，三个电源可表示为：

A区电源一和电源二为：

u₁＝acosωt  u₂＝bcosωt

B区电源三为：

u3=22csinωt]]>

其中，a、b、分别是电源一、二、三的电压幅值，为标么值，且满足a²+b²=c²。

A区两个电源各自激发的驻波为：

w₁＝arsin(nx+π/4)cosωt  w₂＝brsin(nx-π/4)cosωt

这两个驻波的合成驻波为：

w_A＝w₁+w₂＝rc sin(nx+θ)cosωt

B区电源三激发的驻波为：

w_B＝rc cos nx sinωt

其中说明书中相同符号表示相同的含义。

两区产生的的驻波w_A和w_B在空间相位角度互差其即为空间移相角，相应的空间移相控制角为变化时，其对应的空间移相角也发生改变。