【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及超声电机驱动，具体为基于自激振荡原理的超声电机微型驱动器及使用方法。
技术介绍
1、随着超声电机在精密控制领域的广泛应用，其驱动技术已成为研究的重点方向之一。传统的超声电机驱动技术通常依赖外部谐振电路，通过生成特定频率的脉冲信号施加于电机两端，利用压电定子和转子之间的摩擦，将定子的微观振动转化为转子的宏观转动，从而实现驱动功能。该技术在医疗设备、工业自动化和航空航天等领域有重要应用。
2、然而，现有技术在实际应用中于温度变化会导致超声电机的谐振频率漂移，传统方法需增加额外的频率跟踪回路，这不仅使驱动电路设计复杂化，还限制了驱动器的小型化和集成化；另一方面，传统驱动器依赖固定幅值信号，难以在负载和温度动态变化下保持驱动信号的稳定性，导致运行效率和可靠性较低；此外，现有外部谐振电路的频率调整响应较慢，难以满足快速变化的环境需求，显著限制了其在高精度和多工况环境中的适用性。
技术实现思路
1、针对现有技术的不足，本专利技术提供了基于自激振荡原理的超声电机微型驱动器及使用方法，解决了现有技术中因温度变化和负载波动导致的频率漂移、设计复杂及信号不稳定的问题。
2、为实现以上目的，本专利技术通过以下技术方案予以实现：基于自激振荡原理的超声电机微型驱动器及使用方法，包括：
3、放大电路模块，由集成运算放大器组成的电压串联负反馈放大电路，其输出端通过电感与反馈网络相连；
4、温度补偿模块，通过超声电机的等效电路直接感知温度变化，动态调节
5、选频网络模块，由三个阻抗元件组成，所述阻抗元件分别与温度补偿模块、放大电路模块和反馈网络模块相连，用于动态调整驱动信号频率以匹配超声电机的谐振频率；
6、反馈网络模块，包含至少两个方向相反的二极管，构成信号幅值的动态稳定控制回路。
7、优选的，所述温度补偿模块由超声电机的等效电路构成，等效电路为第一电阻和第一电容并联组成，其阻抗随温度变化直接影响选频网络的参数调整。
8、优选的，所述选频网络模块包括：
9、第一部分阻抗，由第一电阻和第一电容并联组成，一端连接到温度补偿模块，另一端连接第二电容；
10、第二部分阻抗，由第二电容单独构成；
11、第三部分阻抗，由第三电阻和第三电容并联组成。
12、优选的，所述选频网络的输出频率fo满足以下公式：
13、
14、其中：
15、l为所述放大电路与选频网络间的电感值；
16、ceq为等效电容，受超声电机温度补偿模块等效阻抗影响。
17、优选的，所述反馈网络模块包括：
18、两个方向相反的二极管并联形成的非线性控制电路；
19、第二电阻和第四电阻串联与所述二极管并联电路相连；
20、反馈增益在振荡初期通过电阻调整放大倍数大于3，振荡稳定后通过二极管导通限制反馈信号幅值。
21、优选的，所述放大电路模块包括：
22、集成运算放大器，其同相输入端连接到选频网络，反相输入端连接到反馈网络，输出端通过电感与反馈网络相连；
23、所述放大电路模块通过双电源供电设计，正负电压相等，用于提供对称的输出信号。
24、基于自激振荡原理的超声电机微型驱动器的使用方法，包括以下步骤：
25、利用驱动器的放大电路模块对驱动信号进行放大；
26、通过温度补偿模块感知超声电机温度变化并调整其等效阻抗；
27、选频网络根据温度补偿模块提供的反馈信号动态调整驱动信号频率；
28、反馈网络对振荡信号的幅值和稳定性进行调节，输出与超声电机谐振频率匹配的驱动信号。
29、优选的，所述温度补偿模块调整驱动信号频率的动态响应时间为1ms至10ms。
30、优选的，所述反馈网络中通过调整二极管的导通电压控制振荡信号幅值，使得输出信号的总谐波失真率低于1％。
31、优选的，所述驱动信号的频率范围在20khz至40khz之间，且输出信号幅值稳定在3v至12v的范围内。
32、本专利技术提供了基于自激振荡原理的超声电机微型驱动器及使用方法。具备以下有益效果：
33、1、本专利技术通过利用超声电机的等效电路作为温度补偿模块，能够实时感知环境温度和电机内部温升对谐振频率的影响，并通过自激振荡电路动态调整驱动信号频率，使其始终与电机谐振频率匹配，相比于传统依赖外部温控或独立跟踪电路的方法，本专利技术无需额外的传感器或复杂电路设计，大幅提升了驱动器的适应性和精度，在多温度环境下均可实现稳定运行。
34、2、本专利技术通过将自激振荡原理引入超声电机驱动器设计，通过选频网络与反馈网络的有机结合，无需额外设计谐振频率跟踪回路或补偿控制模块，直接实现了频率自动跟踪功能，这种设计显著减少了电路元器件数量，降低了系统复杂度，使驱动器的体积更小，更适合高集成化、小型化的应用场景，如医疗设备、精密仪器等对空间敏感的领域。
35、3、本专利技术通过优化反馈网络中的非线性控制机制，利用方向相反的二极管和电阻的协同作用，确保驱动信号幅值在动态环境中保持稳定，避免了传统驱动器在温度波动或负载变化时信号幅值失控的现象，此外，通过自激振荡机制实现驱动信号频率与电机谐振频率的精确匹配，能量利用率显著提升，驱动效率稳定在90％以上，相比传统驱动器显著降低了能耗并提升了运行可靠性。
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1.基于自激振荡原理的超声电机微型驱动器，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的基于自激振荡原理的超声电机微型驱动器，其特征在于，所述温度补偿模块由超声电机的等效电路构成，等效电路为第一电阻和第一电容并联组成，其阻抗随温度变化直接影响选频网络的参数调整。
3.根据权利要求1所述的基于自激振荡原理的超声电机微型驱动器，其特征在于，所述选频网络模块包括：
4.根据权利要求3所述的基于自激振荡原理的超声电机微型驱动器，其特征在于，所述选频网络的输出频率fo满足以下公式：
5.根据权利要求1所述的基于自激振荡原理的超声电机微型驱动器，其特征在于，所述反馈网络模块包括：
6.根据权利要求1所述的基于自激振荡原理的超声电机微型驱动器，其特征在于，所述放大电路模块包括：
7.基于自激振荡原理的超声电机微型驱动器的使用方法，根据权利要求1-6任一项所述的基于自激振荡原理的超声电机微型驱动器，其特征在于，包括以下步骤：
8.根据权利要求7所述的基于自激振荡原理的超声电机微型驱动器的使用方法，其特征在于，所述温
9.根据权利要求7所述的基于自激振荡原理的超声电机微型驱动器的使用方法，其特征在于，所述反馈网络中通过调整二极管的导通电压控制振荡信号幅值，使得输出信号的总谐波失真率低于1％。
10.根据权利要求7所述的基于自激振荡原理的超声电机微型驱动器的使用方法，其特征在于，所述驱动信号的频率范围在20kHz至40kHz之间，且输出信号幅值稳定在3V至12V的范围内。
...【技术特征摘要】
1.基于自激振荡原理的超声电机微型驱动器，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的基于自激振荡原理的超声电机微型驱动器，其特征在于，所述温度补偿模块由超声电机的等效电路构成，等效电路为第一电阻和第一电容并联组成，其阻抗随温度变化直接影响选频网络的参数调整。
3.根据权利要求1所述的基于自激振荡原理的超声电机微型驱动器，其特征在于，所述选频网络模块包括：
4.根据权利要求3所述的基于自激振荡原理的超声电机微型驱动器，其特征在于，所述选频网络的输出频率fo满足以下公式：
5.根据权利要求1所述的基于自激振荡原理的超声电机微型驱动器，其特征在于，所述反馈网络模块包括：
6.根据权利要求1所述的基于自激振荡原理的超声电机微型驱动器，其特征在于，所述放大电路...
【专利技术属性】
技术研发人员：郑叶龙，张文涛，张毅炜，赵美蓉，黄银国，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：
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