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高性能超聲電機驅(qū)動及控制電路的研制
摘要：介紹了一種高性能的超聲電機驅(qū)動及控制電路。該電路使用直接數(shù)字頻率全成器（DDS）作為信號源，通過高壓運放將信號放大到峰-峰值為250V，用于驅(qū)動超聲電機；借助溫度傳感器采集電機溫度變化，利用計算機實時監(jiān)控超聲電機的運行。關(guān)鍵詞：超聲電機 直接數(shù)字頻率合成器（DD） 溫度傳感器 高壓運放
超聲電機是一種基于壓電陶瓷逆壓電效應的新型電機。與一般電磁電機相比，超聲電機能直接輸出低轉(zhuǎn)速大力矩，且瞬態(tài)響應快（可達ms量級）、定位精度高（可達nm量級），非常適合取代傳統(tǒng)的伺服電機及步進電機。目前超聲電機已廣泛應用于照相機及攝像機的自動調(diào)焦系統(tǒng)，而且在精密儀器以及航空航天領域也有許多應用。
盡管超聲電機具有很多優(yōu)點，但由于超聲電機對于驅(qū)動信號有著較高的要求，所以目前國內(nèi)外開發(fā)的超聲電機的驅(qū)動及控制電路普遍存在電路體積大、控制性能單一等問題。大多數(shù)超聲電機的控制特性研究還是基于與超聲電機配套的普通驅(qū)動電路，難以利用計算機方便地進行超聲電機的控制特性研究。
針對上述問題，應用目前市面上流行的DDS芯片AD9850和高壓運放PA08開發(fā)出了一種高性能的超聲電機驅(qū)動及控制電路。該電路可以通過串行接口用教育（www.xfhttp.com－雪風網(wǎng)絡xfhttp教育網(wǎng)）處機實施控制和參量采集，并且信號的頻率及相位控制精度高；可以在溫度傳感器的控制下實現(xiàn)信號頻率的自動調(diào)節(jié)，同時電路中還預留了4路模擬、數(shù)字通用傳感器接口。
1 超聲電機驅(qū)動及控制電路的工作原理
由超聲電機的工作機理[1]可知，大部分超聲電機的運行需要相關(guān)的驅(qū)控制電路提供兩路頻率相同、相位差為90度（或可調(diào)）、頻率為20kHz～100kHz、輸出信號峰-峰值為100～350V、功率為0.1～10W的交變信號。此外，由于超聲電機的最佳工作頻率是由系統(tǒng)的機械共振頻率決定的，而以壓電元件為主的振動系統(tǒng)的共振頻率會隨著外界參數(shù)（如溫度、預壓力等）的改變發(fā)生變化，因此一款好的超聲電機驅(qū)動及控制電路必須能夠很好地對系統(tǒng)共振頻率的變化實施跟蹤，從而確保電機的穩(wěn)定運行。
2 電路的基本構(gòu)成和原理
超聲電機驅(qū)動及控制電路主要由以下5個部分組成：DDS信號發(fā)生單元、信號隔離單元、信號功率放大單元、溫度傳感器單元、單片機主控和接口控制單元（參見圖1）。
圖2 主控單片機
DDS信號發(fā)生單元產(chǎn)生的兩路獨立的正弦信號，兩路信號間的相位差可以在0～360度范圍內(nèi)任意調(diào)節(jié)；兩路信號分別經(jīng)RC低通濾波和三極管射極跟隨送至高速
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