超聲電動機控制技術(shù)的現(xiàn)狀和展望

吳九新

摘 要：近年來，隨著我國科學技術(shù)水平的提高，超聲電動機控制技術(shù)也得到了空前的發(fā)展，超聲電動機控制技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于航空航天、精密儀器等高精尖行業(yè)。該文對超聲電動機控制技術(shù)原理進行了闡釋，針對現(xiàn)階段我國超聲電動機控制技術(shù)的現(xiàn)狀以及存在的問題，提出了幾點有效的措施，并對超聲電動機控制技術(shù)未來發(fā)展的方向進行了分析。

關(guān)鍵詞：超聲電動機 控制技術(shù) 應(yīng)用領(lǐng)域 發(fā)展前景 有效策略

中圖分類號：TM359.9 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2015）09（c）-0030-02

在科學技術(shù)全球化趨勢的影響下，我國超聲電動機控制技術(shù)也逐漸受到社會各界的廣泛關(guān)注，對于超聲電動機控制技術(shù)的研究主要為材料特點、控制技術(shù)機理和超聲電動機控制結(jié)構(gòu)、以及超聲電動機制作材料的電工工藝等方面。只有提高超聲電動機控制技術(shù)水平，將其應(yīng)用于多種領(lǐng)域，才能提高我國科學技術(shù)水平。

1 超聲電動機的具體內(nèi)涵

1.1 超聲電動機界定

超聲電動機英文名為USM，它屬于一種新型的微型電機，它的發(fā)電原理主要是使用壓電陶瓷進行電效應(yīng)，然后通過把電能轉(zhuǎn)化為機械能的方法，根據(jù)摩擦力進行驅(qū)動和控制。與傳統(tǒng)的電磁電機相比，其具有很多優(yōu)勢，例如：超聲電動機體積小、響應(yīng)速度較快、設(shè)計自由化程度高、不會受到電磁場的干擾、輕功率密度較大、掉電的自由程度保持。

1.2 超聲電動機的原理

超聲電動機的工作原理就是利用逆壓效應(yīng)，使用高壓材料，將高頻的電能源轉(zhuǎn)化成為高頻的機械動能源，然后使定子達到共振的情況，將定子和轉(zhuǎn)子二者之間進行轉(zhuǎn)換，利用摩擦力驅(qū)動轉(zhuǎn)子進行旋轉(zhuǎn)運動。超聲電動機控制技術(shù)包括多個方面，每個控制技術(shù)只是其應(yīng)用的一個領(lǐng)域，超聲電動機內(nèi)部結(jié)構(gòu)十分復(fù)雜，科研人員可以利用這一特點，詳細、全面、充分的了解超聲電動機的工作原理，從而提高超聲電動機控制技術(shù)水平。

1.3 超聲電動機的結(jié)構(gòu)

超聲電動機都是由殼體、轉(zhuǎn)子、定子、軸承、以及壓電陶瓷等部分構(gòu)成的，與傳統(tǒng)的電動機相比，其最大的不同就是因為超聲電動機內(nèi)沒有永磁體與線圈，因此不受電磁的影響，而且定子和轉(zhuǎn)子之間還有一層摩擦材料，這樣能夠減少定子與轉(zhuǎn)子在壓力下因為接觸出現(xiàn)的磨損。

2 超聲電動機控制技術(shù)的現(xiàn)狀

2.1 超聲電動機控制技術(shù)原理

超聲電動機控制速度受到超聲波振動的角頻率、兩路輸入信號的震動幅度、兩路輸入的信號方位差、行波的波動數(shù)等影響。通過改變刺激的超聲電動機的定子兩邊的電壓值，就可以互相調(diào)節(jié)兩端的位差以及波動頻率，從而達到控制速度的目的。這種改變通電時間的方法更具有可控性。

2.2 超聲電動機控制技術(shù)類型

2.2.1超聲電動機頻率跟蹤控制技術(shù)

超聲電動機本質(zhì)上是利用摩擦進行驅(qū)動，但是定子之間的摩擦情況以及滑動率是不能確定的，而且定子頻率會隨著溫度的升高而升高、溫度的降低而降低。超聲電動機頻率跟蹤控制技術(shù)不僅能夠穩(wěn)定超聲電動機的工作頻率，同時還能提高超聲電動機的整體性能，具有較好的抗干擾性能，而且還能連續(xù)持續(xù)的工作，最主要的缺陷就是需要額外的傳感系統(tǒng)。

2.2.2不采用模型跟蹤控制技術(shù)

超聲電動機自身的內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜繁瑣，尤其是其驅(qū)動結(jié)構(gòu)中的非線性因素眾多，因此并沒有建立一個統(tǒng)一的明確的動態(tài)數(shù)學控制模型，僅僅依靠一種控制技術(shù)是不夠?qū)崿F(xiàn)合理、科學的控制，因此只有采用多種變量相結(jié)合的方法，才能達到控制的目的。超聲電動機并沒有采用任何跟蹤控制模型，也沒用建立數(shù)學模型就能夠控制9。隨著科學技術(shù)的不斷發(fā)展，日本科學研究出采用PI控制技術(shù)就能夠有效解決抖動速度的方法，但其缺點就是動態(tài)性能不合理。經(jīng)過多年的發(fā)展，終于研究出新型的控制方法，這些技術(shù)能夠適用于沒有明確數(shù)學模型的超聲電動機，或者是非線性速度的超聲電動機。

2.2.3采用PI、模糊控制

采用數(shù)學模型控制的超聲電動機普遍存在一個問題，就是動態(tài)性較低，超調(diào)量很大，調(diào)整耗費時間，因此經(jīng)過多年的研究，研究人員在采用數(shù)學模型控制的基礎(chǔ)上增加了PI和模糊控制技術(shù)，設(shè)計出了能夠進行混合控制的遙控技術(shù)。這樣不僅能夠?qū)崿F(xiàn)超聲電動機精準定位的目標，同時還能確保超聲電動機系統(tǒng)的完整性和穩(wěn)定性，提高超聲電動機控制技術(shù)水平不僅能夠提高超聲電動機自身的性能，同時還能使超聲電動機的設(shè)計更加趨于便捷化和人性化，值得廣泛應(yīng)用。

3 超聲電動機控制技術(shù)的未來發(fā)展方向

現(xiàn)階段，超聲電動機控制技術(shù)在我國社會中占有十分重要的地位，控制技術(shù)作為超聲電動機中最重要的組成環(huán)節(jié)，在超聲電動機使用過程中發(fā)揮了不可替代的作用。隨著我國科學技術(shù)水平的不斷發(fā)展，超聲電動機控制技術(shù)程度也逐漸提高，在這種背景下，對控制技術(shù)的要求也越來越高，因此提高超聲電動機控制技術(shù)水平成為許多知名專家學者重點研究的項目?？刂萍夹g(shù)的好壞直接影響了超聲電動機的優(yōu)劣，同時也能夠反映出科技水平的高低，由此可見，控制技術(shù)對于超聲電動機的重要性。目前經(jīng)過多年的法發(fā)展，雖然我國超聲電動機控制技術(shù)已經(jīng)取得了一定的成效，但仍然存在諸多問題，與國外先進的超聲電動機控制技術(shù)相比，依然很大，因此在未來我國的超聲電動機控制技術(shù)應(yīng)該朝著以下幾個方向發(fā)展：

（1）從控制技術(shù)本身出發(fā)，根據(jù)超聲電動機的自身特點，速度特性，構(gòu)建合理、科學的數(shù)學模型，建立健全系統(tǒng)識別體系，根據(jù)以上條件開發(fā)和研究超聲電動機整體控制系統(tǒng)。

（2）從現(xiàn)代理論的基礎(chǔ)上創(chuàng)新，與時俱進、開拓創(chuàng)新，在實踐的基礎(chǔ)上創(chuàng)新，在創(chuàng)新的基礎(chǔ)上實踐，從而尋找和建立一種更為安全、便捷的超聲電動機控制手段，例如選擇參數(shù)模型、模糊模型、遺傳算法、網(wǎng)絡(luò)控制、混合控制等方法進行合成和控制，從而提高超聲電動機控制的技術(shù)水平。

（3）從檢測技術(shù)入手，對超聲電動機進行更好的控制，建立超聲電動機動態(tài)模型，進行輸出檢測，這不僅能夠提高超聲電動機的安全性，同時還是實現(xiàn)各種控制的首要條件。

（4）從超聲電動機工作特殊的原理出發(fā)，結(jié)合多種控制方法，由于其自身的獨特性，采用一種控制方法往往不能收到良好的成效，因此應(yīng)該在構(gòu)建數(shù)學模型的基礎(chǔ)上結(jié)合PI控制技術(shù)以及模糊技術(shù)等，充分發(fā)揮超聲電動機控制技術(shù)的優(yōu)勢。

（5）推動超聲電動機的商業(yè)化，現(xiàn)階段我國很多超聲電動機控制技術(shù)不完善，因此并沒有形成統(tǒng)一的控制電路，而且管理不規(guī)范，這些都不利于推動超聲電動機的商業(yè)化，因此要盡量使用集成的電路芯片，簡化超聲電動機的驅(qū)動控制原理和電路，從而開發(fā)以單機為核心的超聲電動機控制電路。

4 結(jié)語

綜上所述，超聲電動機的應(yīng)用十分廣泛，隨著我國科學技術(shù)水平的不斷向前發(fā)展，超聲電動機的應(yīng)用范圍還在逐漸擴大，控制技術(shù)作為超聲電動機的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，在超聲電動機應(yīng)用的過程中發(fā)揮了重要的作用。隨著新型控制技術(shù)的出現(xiàn)和發(fā)展，傳統(tǒng)的控制技術(shù)已經(jīng)不能滿足現(xiàn)代超聲電動機自身的需要，因此越來越多的控制技術(shù)被開發(fā)出來，每種控制技術(shù)各具特色。提高超聲電動機控制技術(shù)水平，不僅能夠提高超聲電動機的工作效率和水平，十分便捷、高效，與此同時它還影響了其他領(lǐng)域?？傊岣叱曤妱訖C控制技術(shù)工作任重而道遠，需要黨和國家、科研研究人員等共同努力！

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