[发明专利]内置角度传感器一体化超声电机伺服控制系统

说明书

技术领域

本发明涉及对超声电机的控制，特别是涉及对空心超声电机的速度和位置的伺服控制。

背景技术

超声电机是一种利用压电元件的逆压电效应激发超声振动，通过定子和转子间的摩擦驱动，实现将电能转化为机械能输出的新型直接驱动电机，其中行波型超声电机的应用最为广泛。目前的行波型超声电机不仅结构不够紧凑，而且没有一体化的伺服控制系统，难以形成对空心超声电机的闭环控制，成为制约超声电机小型化和自动化发展的瓶颈。

发明内容

本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提供了内置角度传感器一体化超声电机伺服控制系统，实现了对超声电机的闭环控制，整个控制系统力矩干扰小、低速大转矩、控制精度高、布线方便、结构紧凑。

本发明的技术解决方案是：内置角度传感器一体化超声电机伺服控制系统，包括指令模块、补偿模块、数字处理模块、驱动板和一体化执行机构；所述指令模块向补偿模块发出速度位置指令，补偿模块将速度位置指令进行存储、运算和转换，产生频率控制信号并发送至数字处理模块；数字处理模块将频率控制信号处理为方波信号并发送至驱动板，驱动板将方波信号放大处理后输入到一体化执行机构中，一体化执行机构开始运转；所述一体化执行机构包括超声电机和角度传感器，所述角度传感器嵌于超声电机的内部，角度传感器敏感超声电机的速度值和位置值，并转换为模拟信号反馈至数字处理模块，数字处理模块将所述模拟信号进行解码处理后，得到数字信号并反馈至补偿模块，补偿模块通过比较、补偿和转换，产生新的频率控制信号并发送至数字处理模块，数字处理模块将新的频率控制信号处理为新的方波信号并发送至驱动板，实现对超声电机的闭环控制。

所述补偿模块包括比较器、速度位置控制器、频率运算器；比较器接收来自指令模块的速度位置指令并进行存储，速度位置控制器将速度位置指令转换为指向超声电机的速度和位置的控制量并发送给频率运算器，频率运算器将所述控制量转换为频率控制信号并发送至驱动板；比较器还接收来自数字处理模块反馈的数字信号，所述数字信号包含超声电机的速度值和位置值，并将所述速度值和位置值与已存储的速度位置指令进行比较，得到速度位置补偿值；所述速度位置补偿值进入速度位置控制器中，得到速度位置控制量并发送至频率运算器中进行转换，产生新的频率控制信号发送至数字处理模块。

所述补偿模块还包括温度补偿器和温度比较器，所述指令模块还发出温度指令，补偿模块中有与温度指令对应的比较器，所述温度指令进入对应的比较器，比较器对温度指令进行存储；所述超声电机的定子的外表面有温度传感器，温度传感器敏感超声电机的温度值，并转换为模拟信号反馈至数字处理模块，数字处理模块将模拟信号进行数字化处理后，得到数字信号并反馈至与温度指令对应的比较器，比较器将包含温度值的数字信号和已存储的温度指令进行比较，得到温度补偿值；所述温度补偿值进入温度补偿器中得到温度控制量并发送至频率控制器，频率控制器将温度控制量和速度位置控制量进行叠加，并转换为新的频率控制信号发送至数字处理模块。

所述超声电机为空心超声电机，所述空心超声电机包括定子、转子、底座、外壳和轴承，所述定子由金属基体和压电元件组成，所述金属基体为空心的环形金属且上表面开有齿槽，金属基体与底座固定连接，所述压电元件固定于金属基体的下表面；所述转子包括法兰和转轴，法兰和转轴连接，法兰与金属基体的齿槽相接触，用于输出超声电机的力矩，所述转轴为空心结构；所述外壳位于法兰的上方，并与底座固定连接；所述轴承有两个，均与转轴配合，其中一个轴承位于法兰和转轴的连接处，用于使法兰产生预变形，提供定子与转子之间所需的预压力；所述角度传感器包括空心结构的角度传感器定子、角度传感器转子和引线；角度传感器定子与空心超声电机的定子的内表面配合，角度传感器转子与空心超声电机的转子的转轴的外表面配合，角度传感器的引线与数字处理模块连接。

所述空心超声电机的转子的转轴和法兰为一体化成型结构，转子的结构为“十”字型，法兰位于“十”字型的水平方向，转轴位于“十”字型的竖直方向。

所述驱动板包括变压器和电路板，所述变压器嵌于电路板中；所述变压器的外部套有变压器罩，所述变压器罩与电路板固定连接。

所述的角度传感器为旋转变压器。

所述的角度传感器为圆光栅。

所述的角度传感器为角度编码器。

本发明与现有技术相比的有益效果为：

（1）本发明设计了一种针对超声电机的伺服控制系统，实现了对超声电机的速度和位置的精确的闭环控制；