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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