行波超聲波電機伺服控制技術研究進展
摘要：超聲波電機利用壓電陶瓷的逆壓電效應，將電能轉化為機械能，電機輸入輸出之間存在明顯的非線性和時變性，文章總結了國內外行波超聲波電機控制技術的發展趨勢，論述了行波型超聲波電機速度控制和位置控制技術的研究進展。
關鍵詞：超聲波電機；伺服控制；研究進展
O引言
超聲波電機(u1∞sonic Motor簡稱uSM)是國外八十年代發展起來的新型微電機，它是一種將壓電陶瓷逆壓電效應激發的微觀振動作為驅動力，通過多種振動模式的轉換與耦合，使電能
轉變成機械能的驅動裝置。近年來，超聲波電機作為一種直接驅動電機取得了飛速發展，并且在伺服控制方面日益表現出其優良工作特性。超聲波電機從出現到現在僅有十多年的時間，但它已經應用于工業控制、精密儀器儀表、汽車專用電器、辦公自動化設備、智能機器人等領域中。超聲波電機推廣應用和它的驅動控制技術分不開的，只有結合有效的控制方法和控制策略，才能充分發揮超聲電機的****性能。
1行波超聲波電機速度控制的研究
超聲波電機輸入輸出之間存在明顯的非線性和時變性。轉速控制主要分為減緩電機時變特性的狀態反饋控制和轉速精確調整的輸出反饋控制。
1 1狀態反饋控制
為了克服諧振點隨電機溫度變化而漂移，通常有恒孤極電壓控制和恒激勵電壓電流阻抗角控制兩種方法“】。在這類控制方式中，控制器的饋入量并非轉速值，而是電機自身的狀態特征參數。圖1為1992年日本人Funlya設計的基于H調節器的孤極控制器框圖鋤，使孤極電壓E s基本不隨電機溫度變化而變化，減緩由溫升帶來的電機轉速變化。圖2為其設計的恒阻抗角控圖，
控制器采集電機電壓信號和電流信號，經鑒相器后產生的電壓信號可反映行波超聲波電機等效電路的阻抗角變化，控制器通過調整頻率控制該電壓信號基本不變，克服電機諧振點因溫升帶來的變化。
1998年法國人Ferreira提出了孤極電壓、阻抗角雙閉環復合控制吲，系統框圖如圖3所示他根據阻抗角≯調節驅動頻率來克服諧振點漂移；利用根據孤極電壓來條件PWM波的占空比
克服由于負載變化造成的諧振點變化，進而克服轉速變化。
1 2輸出反饋控制
解決行波超聲波電機輸入輸出間的非線性關系和動態數學模型的不精確性，速度控制算法中通常要加入模糊、神經元等智能環節。變參數調節是行波超聲波電機轉速控制的主要特征。
國內外學者利用實際轉速或轉速誤差的變化率與轉速誤差作為輸入構成二元模糊控制器，利用頻率調節對行波超聲波電機的轉速特性進行了相關控制研究。通過實際轉速設計模糊規則，可以直接體現電機的菲線性，但轉矩改變時，模糊推理器的輸入輸出需要有較大調整，在跟蹤控制中模糊規則的制定存在難度。
由于神經網絡具有逼近任意非線性的能力，1998年T Senjyu利用BP神經網絡(NN)的在線自學習和自適應功能，在線調整控制器結構參數，通過改變驅動頻率調節電機轉速，克服電機
運行時的非線性，控制器結構如圖4所示。在控制器中，轉速的設定值和轉速誤差作為網絡輸入，頻率的調整值作為輸出。
為了解決單控制算法控制效果受限的問K．T Chau設計了基于神經網絡模糊推理的轉速控制器(NFC)，控制器結構如圖5所示㈣。控制器采用頻率、電壓(占空比)雙調節量控制，利用調壓調速線性化程度高的特性緩解行波超聲波電機的部
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