【正文】 允許 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(xiàn) 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(dǎo)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(diào)節(jié)的范圍都局限在 90176。以內(nèi)，若要繼續(xù)增大調(diào)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(dǎo)類似，因此僅對圖 511 電路進行了推導(dǎo)，并將推導(dǎo)的主要結(jié)果列出如下： 雙定子旋轉(zhuǎn)超聲電機驅(qū)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(jù)角頻率、電容和各電阻的具體值可分別 取為正值或負(fù)值，因此該電路的移相角度可以在第 1 和第 2 象限之內(nèi)，也可稱之為 0~180176。超前移相。 如果取 R1=R2，則 k=，設(shè) 1c RC??，此時的此時的傳遞函數(shù)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(yīng)關(guān)系，且 ? 與 c?成正相關(guān)。而 c? 是可以通過調(diào)節(jié) RC 的值來調(diào)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(fù)相關(guān)。當(dāng) 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(shè)計與參數(shù)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(xiàn)的移相角度越小，本設(shè)計主要用于實現(xiàn) 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(zhuǎn)超聲電機驅(qū)動試驗系統(tǒng) 29 取： C= 則 ??? KR cf2 1 in?。 在實際搭接電路中選擇 ?? KR 10 則根據(jù)計算結(jié)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(jié)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(jié)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(zhuǎn)超聲電機驅(qū)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(diào)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(shè)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(zhuǎn)超聲電機驅(qū)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(jīng)過濾波器和移相器后輸出的電壓。 圖 65 板卡輸出電壓經(jīng)過濾波器和移相器 由圖 65 也可以看出經(jīng)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(jīng)過以上試驗，可以說明整個系統(tǒng)是可行的，滿足任務(wù)要求。雙定子旋轉(zhuǎn)超聲電機驅(qū)動試驗系統(tǒng) 32 7 總結(jié)與展望 超聲電機驅(qū)動電源作為超聲電機工作的重要組成部分，一直是國內(nèi)外研究的一個熱點。隨著超聲電機理論與制造技術(shù)的進一步發(fā)展，對超聲電機的驅(qū)動技術(shù)提出了更高的要求，微型化、通用化、智能化的驅(qū)動電源已經(jīng)成為驅(qū)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(qū)動技術(shù)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(qū)動電源，為開展超聲電機多頻驅(qū)動的研究打下基礎(chǔ)。現(xiàn)將主要完成的工作總結(jié)如下 ： （ 1） 針對本實驗室開發(fā)的 雙壓電定子旋轉(zhuǎn)型超聲電機設(shè)計超聲電機驅(qū)動電源。 （ 2） 以 PC 計算機為核心的硬件平臺上，應(yīng)用虛擬儀器技術(shù)，通過 DAQ 板卡直接輸出 20kHz~50kHz，幅值和相位差都可調(diào)的 一 路正弦電壓信號。 （ 3） 設(shè)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(shè)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(diào)的正弦信號。并可根據(jù)實際需要信號通道數(shù)調(diào)整移相器的數(shù)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(guān)方面還可以進一步研究深化，主要有 ： 本課題所開發(fā)的驅(qū)動控制試驗系統(tǒng)輸出的四路正弦信號經(jīng)過功率放大器后方可成為超聲電機的驅(qū)動控制信號。開發(fā)功率放大器以加入驅(qū)動控制系統(tǒng)，構(gòu)成一個完整的驅(qū)動控制系統(tǒng)。 雙定子旋轉(zhuǎn)超聲電機驅(qū)動試驗系統(tǒng) 33 致謝語 本文是在 紀(jì)躍波 老師的悉心指導(dǎo)下完成的。從 畢業(yè)設(shè)計 題目的選擇、到選到課題的研 究和論證，再到本 畢業(yè)設(shè)計 的編寫、修改，每一步都有 紀(jì) 老師的細(xì)心指導(dǎo)和認(rèn)真的解析。在 紀(jì) 老師的指導(dǎo)下，我在各方面都有所提高，老師以嚴(yán)謹(jǐn)求實，一絲不茍的治學(xué)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(xué)習(xí)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(chǔ)。也感謝我同一組的組員和班里的同學(xué)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(xué)。通過這次 畢業(yè)設(shè)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(rèn)真嚴(yán)謹(jǐn)，一絲不茍的學(xué)習(xí)態(tài)度。由于經(jīng)驗匱乏，能力有限，設(shè)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(zhuǎn)超聲電機驅(qū)動試驗系統(tǒng) 34 參考文獻 [1] 趙淳生．超聲電機技術(shù)與應(yīng)用 [M]．北京：科學(xué)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(shù)據(jù)采集 .北京：清華大學(xué)出版社， 2021 [4] 陳樹學(xué)，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(zhuǎn)子振型嵌合式旋轉(zhuǎn)型行波超聲電機 [D]. 集美大學(xué) , 2021 [7] 葉榆 ,賀國權(quán) . 基于 Pspice 的八階巴特沃斯低通濾波器設(shè)計與優(yōu)化 [J]. 山西電子技術(shù) . 2021(03) [8] 程光 . 基于 multisim和 filter solution的巴特沃斯濾波器的設(shè)計與仿真 [J]. 科技信息(學(xué)術(shù)研究 ). 2021(19) [9] 李鐘慎 . 高階 Butterworth 低通濾波電路的快速設(shè)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(shè)計與分析 [J]. 電子測量技術(shù) . 2021(12) [11] 姜春玲 ,史玲 . 基于 MATLAB 的模擬濾波器設(shè)計 [J]. 山東交通學(xué)院學(xué)報 . 2021(03) [12] 孫艷紅 . 基于 Labview 的虛擬濾波器的設(shè)計 [J]. 吉林工程技術(shù)師范學(xué)院學(xué)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(qū)動電源的研究 [J]. 振動、測試與診斷 . 2021(04) [14] 劉應(yīng)紅 . 超聲波電機的運行機理及其驅(qū)動電源的研究 [D]. 華僑大學(xué) 2021