【導讀】完成各種測試、測量和自動化的應用。自1986年問世以來，世界各國的工程師和科學。品質量、縮短了產品投放市場的時間，并提高了產品開發(fā)和生產效率。在較大范圍內提高生產效率。虛擬儀器提供的各種工具能滿足我們任何項目需要。LabVIEW軟件是目前實現虛擬儀器最流行的設計工具軟件之一。本文為一種新型旋轉型行波超聲電機驅動試驗系統(tǒng)。的設計進行輸入輸出采集與控制，來完成對整個系統(tǒng)的設計。將在微小電機領域幾乎全部替代傳統(tǒng)的電磁電機，展現出美好的前景。效率低也是旋轉型行波超聲電機目前急需解決的問題之一。采用兩個完全相同壓電定子

　　

【正文】 許 3dB 的振幅下降，移相量也只有 45176。，所以對移相電路做了以下改進，使得可以實現 0~180176。的移相，而且輸出振幅不依賴于輸入頻率。 由圖 58 可以看出，一個 RC 移相器的移相范圍是 0~90176。，為了得到更大的移相范圍可以使用兩個 RC 移相疊加，隨著移相的范圍變大 ，幅值衰減也越多，因此將 RC 與運算放大器組成有源移相電路。 uiuoR1CRR2uiuoR1CRR2 圖 59 90176。超前移相 圖 510 90176。滯后移相 圖 59 和圖 510 可以看成基本的 RC 移相電路，其移相電路的理論推導是： iURCjRCjU ??? ?? ??1 （ 517） 由 oUkU ??? ? ，及 ???? ?UU 可以得到： )1()( 222222CRk RCjCRUUjH io ? ??? ? ??? ?? （ ） RC?? 1tan ? （ 518） 圖 59 的移相角度在第 1 象限，圖 510 的移相角度在第 4 象限。這兩個電路能對電路移相后的幅度進行一定的補償。以上每個電路調節(jié)的范圍都局限在 90176。以內，若要繼續(xù)增大調相范圍， 可以采用圖 511 和圖 512 的電路圖。 uiu oR 1CRR 2u iu oR 1 R 2CR 圖 511 0~180176。超前移相 圖 512 0~180176。滯后移相 圖 511 和圖 512 電路的傳遞方程推導類似，因此僅對圖 511 電路進行了推導，并將推導的主要結果列出如下： 雙定子旋轉超聲電機驅動試驗系統(tǒng) 28 iURCjRCjU ?? ????? 1 （ 519） 212 ( ) ( )i o o i o oRU U U U k U U URR? ? ? ? ? ? ?? （ 520） 由 ???? ?UU 可以得到： )1)(1( )1()( 222222222CRk RCjCRkCRUUjH io ? ???? ?? ????? ?? （ 521） 以上傳遞方程的虛部為正，而實部則根據角頻率、電容和各電阻的具體值可分別 取為正值或負值，因此該電路的移相角度可以在第 1 和第 2 象限之內，也可稱之為 0~180176。超前移相。 如果取 R1=R2，則 k=，設 1c RC??，此時的此時的傳遞函數和相頻表達式為： )(121)()(2cccjjH??????????? （ 522） ?????? ?????cccccc???? ?????? ????? )1)/(/2a r c t a n ())/(1 /2a r c t a n (22)( （ 523） 由式（ 522)可知，對于頻率已知的某一正弦信號， ? 與 c? 具有對應關系，且 ? 與 c?成正相關。而 c? 是可以通過調節(jié) RC 的值來調節(jié)的。通常電容取固定值，電阻使用滑動變阻器。由于 1c RC??，所以 ? 與 c? 成負相關。當 0( R )c? ? ? ?即 時， ? 最小，由于 R無法取到無限大，所以滑動變阻器的最大阻值就決定了移相的最小角度 min? （ min? 無法取到 0）。 電路圖的設計與參數計算 由式 320 可知，對于相同 c? （即 1RC ）值的情況下，頻率越大所能實現的移相角度越小，本設計主要用于實現 20~50kHz 正弦信號的移相，取 KHZ20fin ? 時，獲得 90176。的移相量時的 R、C 值，留出余量，可以使信號頻率為 30KHZ 時 ??90min? 。 雙定子旋轉超聲電機驅動試驗系統(tǒng) 29 ?。?C= 則 ??? KR cf2 1 in?。 在實際搭接電路中選擇 ?? KR 10 則根據計算結果選定電阻、電容，實際仿真所搭建的移相電路如圖 513： 圖 513 實際仿真所搭建的 0~180176。幅值恒定移相電路 仿真結果及分析 圖 30kHZ 正弦信號移相 90176。時瞬態(tài)分析圖 紅色線為輸入信號，綠色線為輸出信號。 通過仿真結果可以看出，輸入電壓頻率為30KHZ，幅值為177。 10V 時，輸入輸出的波形如圖 所示，其輸出信號與 輸入信號相比相位移動了 90176。 2 1 雙定子旋轉超聲電機驅動試驗系統(tǒng) 30 6 系統(tǒng)總體試驗情況 單通道電壓輸出 通過示波器觀察從板卡輸出兩通道電壓的情況。如圖 61 所示為從板卡一個模擬通道輸出幅值為 10V、頻率為 30KHZ， 90176。相位差的正弦電壓。 圖 61 一個模擬通道輸出頻率為 30KHZ， 90176。相位差的正弦電壓 試驗可知，通過程序編程，可以從 PCI6221 板卡的一個模擬通道中輸出幅值為0~10V、頻率 20~50KHZ、相位差任意可調的一路正弦電壓。從上圖也可以看出，從板卡輸出的電壓不是很光滑，因此需要通過濾波器來使正弦電壓 變得光滑。 濾波器 電路試驗 在面包板上做濾波器的試驗。把所需要的元器件都購買后，按照所設計的電路圖，在面包板上布好元器件。如圖 6 64 所示為在面包板上做完成的濾波器和移相器。 圖 63 實際制作出來的濾波器 雙定子旋轉超聲電機驅動試驗系統(tǒng) 31 圖 64 實際制作出來的的移相電路 把板卡輸出的一路電壓作為濾波器的輸入，濾波器的輸出作為移相電路的輸入，在示波器分別觀察濾波器輸出和移相電路輸出情況。圖 6為經過濾波器和移相器后輸出的電壓。 圖 65 板卡輸出電壓經過濾波器和移相器 由圖 65 也可以看出經過濾波器之后 正弦電壓變得光滑了，濾波器的效果顯而易見。經過以上試驗，可以說明整個系統(tǒng)是可行的，滿足任務要求。雙定子旋轉超聲電機驅動試驗系統(tǒng) 32 7 總結與展望 超聲電機驅動電源作為超聲電機工作的重要組成部分，一直是國內外研究的一個熱點。隨著超聲電機理論與制造技術的進一步發(fā)展，對超聲電機的驅動技術提出了更高的要求，微型化、通用化、智能化的驅動電源已經成為驅動電源未來的發(fā)展方向。 本文從超聲波電機的原理出發(fā)，分析了常見超聲電機驅動技術存在的問題，探討了可行的解決方案，提出制作一種寬帶的驅動電源，為開展超聲電機多頻驅動的研究打下基礎。現將主要完成的工作總結如下 ： （ 1） 針對本實驗室開發(fā)的 雙壓電定子旋轉型超聲電機設計超聲電機驅動電源。 （ 2） 以 PC 計算機為核心的硬件平臺上，應用虛擬儀器技術，通過 DAQ 板卡直接輸出 20kHz~50kHz，幅值和相位差都可調的 一 路正弦電壓信號。 （ 3） 設計制作巴特沃斯低通濾波器去除計算機板卡輸出的高頻諧波。 （ 4） 設計制作可使信號移相 0~180176。的移相器使輸出的一路正弦信號分成兩路相位差可調的正弦信號。并可根據實際需要信號通道數調整移相器的數目。 通過本課題的研究，雖已取得一定成績，但鑒于本人水平以及時間的限制，本課題的有關方面還可以進一步研究深化，主要有 ： 本課題所開發(fā)的驅動控制試驗系統(tǒng)輸出的四路正弦信號經過功率放大器后方可成為超聲電機的驅動控制信號。開發(fā)功率放大器以加入驅動控制系統(tǒng)，構成一個完整的驅動控制系統(tǒng)。 雙定子旋轉超聲電機驅動試驗系統(tǒng) 33 致謝語 本文是在 紀躍波 老師的悉心指導下完成的。從 畢業(yè)設計 題目的選擇、到選到課題的研 究和論證，再到本 畢業(yè)設計 的編寫、修改，每一步都有 紀 老師的細心指導和認真的解析。在 紀 老師的指導下，我在各方面都有所提高，老師以嚴謹求實，一絲不茍的治學態(tài)度和勤勉的工作態(tài)度深深感染了我，給我巨大的啟迪，鼓舞和鞭策，并成為我人生路上值得學習的榜樣。使我的知識層次又有 所提高。同時感謝所有教育過我的專業(yè)老師，你們傳授的專業(yè)知識是我不斷成長的源泉也是完成本論文的基礎。也感謝我同一組的組員和班里的同學是你們在我遇到難題是幫我找到大量資料，解決難題。再次真誠感謝所有幫助過我的老師同學。通過這次 畢業(yè)設計 不僅提高了我獨立思考問題解決問 題的能力而且培養(yǎng)了認真嚴謹，一絲不茍的學習態(tài)度。由于經驗匱乏，能力有限，設計中難免有許多考慮不周全的地方，希望各位老師多加指教。雙定子旋轉超聲電機驅動試驗系統(tǒng) 34 參考文獻 [1] 趙淳生．超聲電機技術與應用 [M]．北京：科學出版社 ,2021． [2] 豈興明，田京京，夏寧 .LabVIEW 入門與實戰(zhàn)開發(fā) 100例 .北京：電子工業(yè)出版社 ,2021 [3] 龍華偉，顧永剛 . 與 DAQ數據采集 .北京：清華大學出版社， 2021 [4] 陳樹學，劉萱 .LabVIEW 寶典 .北京：電子工業(yè)出版社 ,2021 [5] NI 622x Specifications 美國： NI公司 [6] 侯飛 . 壓電定子與壓電轉子振型嵌合式旋轉型行波超聲電機 [D]. 集美大學 , 2021 [7] 葉榆 ,賀國權 . 基于 Pspice 的八階巴特沃斯低通濾波器設計與優(yōu)化 [J]. 山西電子技術 . 2021(03) [8] 程光 . 基于 multisim和 filter solution的巴特沃斯濾波器的設計與仿真 [J]. 科技信息(學術研究 ). 2021(19) [9] 李鐘慎 . 高階 Butterworth 低通濾波電路的快速設計 [J]. 工業(yè)儀表與自動化裝置 . 2021(04) [10] 李鐘慎 ,王永初 . 新型高階 Butterworth 低通濾波器的設計與分析 [J]. 電子測量技術 . 2021(12) [11] 姜春玲 ,史玲 . 基于 MATLAB 的模擬濾波器設計 [J]. 山東交通學院學報 . 2021(03) [12] 孫艷紅 . 基于 Labview 的虛擬濾波器的設計 [J]. 吉林工程技術師范學院學報 . 2021(12) [13] 周斌 ,李志鈞 ,趙淳生 ,黃衛(wèi)清 . 一種新型超聲電機驅動電源的研究 [J]. 振動、測試與診斷 . 2021(04) [14] 劉應紅 . 超聲波電機的運行機理及其驅動電源的研究 [D]. 華僑大學 202