第1章 绪论 1
1.1超声波电机驱动控制技术的发展 1
1.1.1超声波电机系统建模的研究 3
1.1.2超声波电机的运动控制策略 4
1.2本书的内容安排 7
参考文献 9
第2章 超声波电机驱动控制电路 12
2.1超声波电机低成本推挽式驱动电路 13
2.2可调频、调幅、调相的超声波电机控制电路 16
2.3具有正反转不对称补偿的超声波电机闭环控制电路 22
2.3.1基于VCO的超声波电机控制电路 22
2.3.2电机定子振幅闭环控制与正反转不对称补偿 27
2.4基于DSP的驱动控制电路设计 29
2.4.1基于DSP的驱动控制电路设计 29
2.4.2基于DSP的对称PWM信号产生方法 33
2.5基于对称PWM控制信号发生器的超声波电机驱动控制电路 36
2.5.1对称PWM控制信号发生器工作原理 37
2.5.2 PWM信号发生器控制参数的设置 41
2.5.3基于CPLD的对称PWM控制信号发生器 42
2.5.4基于CPLD的DSP多SPI端口通信设计与实现 44
2.6基于DDS的超声波电机驱动控制电路 49
2.6.1系统功能分析和结构设计 49
2.6.2基于CPLID的DDS信号发生器设计与实现 49
2.6.3 DDS中ROM分时复用的实现 51
2.6.4低通滤波器设计与实现 54
2.6.5用于超声波电机驱动的DDS信号发生器误差分析 57
2.6.6基于DDS的对称PWM信号产生方法 61
2.6.7 DSP对DDS信号发生器的控制 62
2.7基于相移PWM的超声波电机H桥驱动控制电路 66
2.7.1 H桥相移PWM控制方法 67
2.7.2低成本相移PWM控制信号发生器 68
2.7.3基于CPLD的相移PWM控制信号发生器 71
2.7.4 H桥控制电路设计与实现 79
2.7.5 H桥相移PWM电路与推挽式电路对比分析 82
2.8超声波电机谐振驱动电路 85
2.8.1行波超声波电机谐振驱动电路的仿真研究 86
2.8.2行波超声波电机谐振驱动电路的实验分析 87
2.9行波超声波电机驱动电路非线性研究 89
2.9.1驱动超声波电机的推挽式变换器工作过程分析 90
2.9.2超声波电机串联电感匹配电路研究 98
参考文献 105
第3章 两相行波超声波电机驱动控制系统的建模 107
3.1超声波电机驱动控制系统的建模与仿真 109
3.1.1环形行波超声波电机的建模与仿真 109
3.1.2超声波电机驱动控制系统建模与仿真 114
3.1.3采用神经网络进行辨识建模与仿真的展望 115
3.2两相行波超声波电机转速特性的仿真计算与神经网络建模 116
3.2.1压电陶瓷与定子系统的振动模型 117
3.2.2定、转子接触摩擦模型 121
3.2.3超声波电机的转速特性 122
3.2.4超声波电机速度特性的神经网络模型 125
3.3两相行波超声波电机等效电路模型及其参数辨识 129
3.3.1超声波电机等效电路模型 129
3.3.2超声波电机等效电路的谐振特性 132
3.3.3基于导纳圆的等效电路参数近似计算 133
3.3.4基于L-M法的等效电路参数辨识 135
3.4两相行波超声波电机频率-转速控制的阶跃响应建模 138
3.4.1数据测试实验设计 138
3.4.2基于阶跃响应的超声波电机模型辨识 140
3.5两相行波超声波电机频率-转速控制的动态辨识建模 145
3.5.1数据测试实验设计 145
3.5.2超声波电机频率-转速控制模型辨识 147
3.5.3频率-转速控制模型参数时变的模型表述 149
3.6两相行波超声波电机电压幅值-转速控制的辨识建模 151
3.6.1数据测试实验设计 151
3.6.2超声波电机电压幅值-转速模型辨识 152
3.6.3超声波电机电压幅值-转速模型辨识结果 154
3.7两相行波超声波电机转速控制的稳态模糊建模 155
3.7.1实验获取建模所需数据 156
3.7.2模糊建模的基本步骤 157
3.7.3转速控制的稳态模糊建模 158
3.8两相行波超声波电机转速控制的动态模糊建模 162
3.8.1实验获取建模所需数据 163
3.8.2超声波电机系统模糊动态建模方法 164
3.8.3超声波电机转速控制的动态模糊建模 165
3.9基于蚁群优化的超声波电机动态模糊辨识建模 168
3.9.1用于超声波电机模糊建模的蚁群算法 169
3.9.2基于蚁群算法的超声波电机动态模糊建模 170
3.10基于粒子群优化的超声波电机非线性Hammerstein辨识建模 176
3.10.1非线性Hammerstein模型 177
3.10.2粒子群优化算法 178
3.10.3超声波电机非线性Hammerstein优化辨识建模 181
3.10.4超声波电机多输入单输出非线性Hammerstein辨识建模 187
参考文献 191
第4章 采用推挽驱动的超声波电机运动控制策略研究 193
4.1超声波电机转速PI控制 193
4.1.1超声波电机驱动的DSP软件实现 194
4.1.2超声波电机PI转速控制与实验结果 196
4.2基于动态递归神经网络的超声波电机转速控制 198
4.2.1控制系统结构 198
4.2.2 DRNN神经网络及其训练方法 198
4.3超声波电机的低频PWM控制方法 203
4.3.1三种低频PWM控制方法 204
4.3.2三种低频PWM控制的实现方法 205
4.3.3三种低频PWM控制方法的比较 209
4.4行波超声波电机单神经元自适应转速控制 215
4.4.1驱动控制结构 215
4.4.2单神经元自适应控制结构 217
4.4.3单神经元自适应控制算法的设计与实现 218
参考文献 220
第5章 采用H桥驱动的超声波电机运动控制策略研究 221
5.1行波超声波电机电压幅值闭环控制 221
5.1.1电压幅值闭环控制设计与实现 221
5.1.2实验结果与分析 226
5.2基于神经网络的行波超声波电机起动控制 228
5.2.1超声波电机高转速起动实验分析 228
5.2.2基于前向神经网络的起动控制 231
5.3超声波电机转速的双变量复合控制 236
5.3.1以频率为控制变量的转速闭环控制 236
5.3.2频率与电压幅值双变量复合速度控制 242
5.3.3转速控制实验结果与分析 246
5.3.4行波超声波电机位置控制 251
5.4行波超声波电机转速的极点配置控制 254
5.4.1关于超声波电机伺服控制中频率调节精度的讨论 254
5.4.2超声波电机转速的极点配置控制 256
5.4.3闭环控制实验结果分析 259
5.4.4极点配置控制器参数的在线自校正 260
5.5行波超声波电机的效率优化控制 263
5.5.1超声波电机系统效率反馈单元设计 265
5.5.2超声波电机系统效率变化特性实验研究 268
5.5.3转速前馈调频控制 273
5.5.4系统效率变步长降压优化 276
5.6两相行波超声波电机的模型参考自适应控制 284
5.6.1超声波电机模型参考自适应转速控制器设计 285
5.6.2超声波电机MRAC转速控制的实现 298
5.6.3超声波电机MRAC转速控制实验分析 302
5.6.4超声波电机MRAC控制算法的改进 309
5.7基于电压调节的行波超声波电机转速模糊PID控制 313
5.7.1模糊PID转速控制器设计 313
5.7.2模糊规则的实验调整 316
5.8行波超声波电机模糊-模型参考PID转速控制 318
5.8.1模糊-模型参考自适应转速控制 318
5.8.2控制参数的实验整定 320
5.9基于在线辨识的超声波电机极点配置自校正转速控制 322
5.9.1极点配置自校正转速控制策略 323
5.9.2极点配置自校正转速控制实验与分析 326
5.9.3效率优化情况下的自校正转速控制实验结果 330
5.10基于动态模糊模型的超声波电机转速模糊控制 334
5.10.1转速模糊控制器设计 335
5.10.2模糊控制规则的蚁群算法离线优化 337
5.10.3转速模糊控制实验 347
5.11基于Hammerstein模型的超声电机非线性自适应转速控制 352
5.11.1超声波电机非线性自适应转速控制策略的设计 352
5.11.2非线性多步预测自校正转速控制的实验研究 365
参考文献 380
第6章 超声波电机混沌运行分析与控制 382
6.1基于相空间重构的行波超声波电机混沌运行分析 382
6.1.1实验装置与实验设计 382
6.1.2相空间重构 384
6.1.3实测数据序列的混沌分析 388
6.2基于理论数学模型的行波超声波电机混沌运行分析 390
6.2.1行波超声波电机的混沌分析模型 390
6.2.2行波超声波电机转速控制系统的混沌分析 396
6.3基于延时反馈的超声波电机混沌控制方法 403
6.3.1行波超声波电机系统的延时反馈混沌控制 404
6.3.2行波超声波电机延时反馈混沌控制仿真结果 405
6.4基于模糊延时反馈的超声波电机混沌控制方法 409
6.4.1行波超声波电机系统的模糊延时反馈混沌控制 410
6.4.2仿真结果 413
参考文献 415