摘要：由于超聲波電機具有非線性、時變性、強耦合等特點，增加了它的控制難度，采用pid等常規控制方法難以滿足較高精度的控制需求。單神經元作為一種神經網絡應用形式，具有自學習和自適應能力，而且易于實現。設計了基于低頻pwm方法的單神經元自適應pid轉速控制策略，構建了超聲波電機自適應閉環控制裝置。在一定程度上解決傳統pid調節器不易在線實時整定參數、難于對復雜控制對象進行有效控制的不足。實驗證明，該控制系統具有響應迅速、適應性強等優點。

關鍵詞：超聲波電機；單神經元；自適應控制；低頻pwm

中圈分類號：tm359.9    文獻標志碼：a    文章編號：100l-6848（2,010）02-0044-03

    超聲波電機( usm)是一種新型微特電機，由于其不同于傳統電機的諸多特點，使其在非連續運動及精密運動控制領域具有廣闊的應用前景。超聲波電機是由兩相幅值相等、相位差一般為90度的高頻正弦電壓驅動的。驅動控制單元的性能直接影響超聲波電機的性能，模糊、自適應、神經網絡等控制方法。均已應用于超聲波電機控制。

  低頻pwm控制方式是超聲波電機控制的一稀新思路。它不是通過改變電機輸入電壓的頻率、幅值、相位來實現轉速控翹目的，而是采用驅動電壓的通斷控制，能夠簡化電機控制過程的非線性關系。本文采用這種控制方式，實現了超聲波電機轉速控制系統。由于超聲波電機的轉速與輸入控制量具有非線性關系和時變性，采用傳統pid控制不能取得很好的控制效果。單神經元作為構成神經網絡的基本單位，具有自學習和自適應能力，而且結構簡單、易于在線實現。傳統的pid調節器也具有結構簡單、調整方便等特點，但不易在線實時整定參數。本文采用單神經元自適應pid控制算法，把兩種控制策略的優點結合起來設計了超聲波電機轉速控制裝置，提高了系統自適應能力，改善了控制效果。

  本文根據超聲波電機的驅動要求，設計了一種基于直接數字合成技術( dds)的超聲波電機驅動控制器。結構框圖如圖1所示。以dsp為核心的控制單元主要實現控制、計算和數據的采集功能；以cpld為核心的執行單元作為信號發生器，根據dsp的傳送的指令或數據，產生超聲波電機行波超聲波電機單神經元自適應控制張春陽，等所需的pwm信號；而驅動單元實現把四路對稱pwm信號作用于兩相推挽逆變電路及匹配電路，輸出具有一定幅值、頻率和相位差的兩相正弦電壓驅動超聲波電機。cpld內設計了spi通訊端口，dds信號發生器的頻率、相位、幅值控制字通過dsp的spi端口進行通訊，并利用dsp的兩位通用gpio口作為dds頻率、相位差、幅值控制字的選擇端，來識別傳送控制字的類型。

    圖2給出了基于dds的對稱pwm信號發生單元的原理圖。通過設置dsp的pwm模塊模值寄存器pwmcm和計數值寄存器pwmval，把dsp產生的低頻pwm信號接至pwm，與對稱pwm信號稆與，即可實現低頻pwm通斷控制。

 

   圖3、圖4分別給出了該驅動控制系統的頻率一轉速、低頻pwm占空比一轉速特性曲線。

  

    傳統增量式pi調節器的算法為

    對于傳統的pi或者pid調節器，其參數在初始化時已經設置好，不便于在線修政，因此當控制對象發生變化時，就不能對控制對象進行很好的跟蹤。本文采用單神經元自適應算法來實現pid參數的在線調整，可以使pid調節器的參數隨被控對象的變化而變化。這是由于神經元具有自學習功髓，在運行中可以根據被控對象的變化，對神經元的權值進行調整，使得pid控制器具有自適應功能。

  單神經元自適應pid結構框圖如圖5所示。圖中yr(k)和y(k)分別為控制