依托频谱追取的液化媒介超声波机体运转摹拟扼

　　为不同驱动电压下、液体高度为8mm时，电机转速和驱动频率的关系曲线。可见，当驱动频率和谐振频率相同时，电机转速达到大，偏离谐振频率转速减小，偏差越多转速越小。在谐振频率两侧转速曲线基本对称，且转速变化都比较平稳。

　　另外从图中还可以看出，增大驱动电压，转速随之升高。此时定子的振动速度增大，液体媒质中的声场强度增强，提高了声流速度，相应地提高了转速。

　　在液体媒质超声波电机中，液体媒质参数的变化将引起谐振频率的漂移。所示为谐振频率和液面高度的关系曲线，液体媒质为蒸馏水。由于和定子的耦合，液体媒质相当于定子振动时的负载，增大了系统阻尼。随着液面高度的增加，液体媒质负载效应增强，定子谐振频率随之降低。

　　电机转速模糊控制系统本文中速度控制系统采用调频调速策略，包括模糊控制器、分频移相单元、驱动单元和转速辨识单元，结构如所示。在控制系统中，相位差φ和φ分别表示速度指令和速度反馈；模糊控制器根据速度偏差和偏差的变化量，调节输出方波信号的频率；分频移相单元将方波信号分为四路相差90°的控制信号；驱动单元由推挽电路和升压电路构成，为电机提供所需的功率信号；转速辨识单元根据驱动电压和电流获得电机转速反馈。

　　转速辨识原理超声波电机驱动频率和谐振频率一致时，电机转速高，而偏离越多，电机转速越低，即驱动电压、负载等条件一定时，频率差确定了电机转速。根据超声波电机的电－机械能转换原理，可以得到其定子的等效电路，如所示<12>.图中标出了各支路电流参考正方向。

　　其中，幅频响应曲线与超声波电机频率速度曲线一致，在谐振频率处达到大值，偏离谐振频率幅值减小。从相频响应曲线上可以看出，支路电流mI和驱动电压U之间的相位差φ，由驱动频率f和定子谐振频率fm的关系决定，具体如下：（1）如果f＜fm，π/2＞φ＞0.（2）如果f=fm，φ=0.（3）如果f＞fm，π/2＜φ＜0.

　　模糊控制器设计液体媒质超声波电机中存在多种物理场的耦合，在控制过程中具有复杂的非线性，目前还没有建立一个完整的数学模型。模糊控制器不依赖控制对象的数学模型，而是由专家经验建立控制系统的控制规则，根据采样得到的输入信号和控制规则，经过模糊推理确定控制量的大小。本系统采用二维模糊控制器，如所示。速度偏差e和偏差变化量e作为控制器的输入，通过量化因子G1、G2和限幅单元，映射到6～6.模糊推理单元根据量化后的E和E，输出驱动频率的变化量F，通过比例因子G3和累加器改变驱动信号的频率f.

　　结论在超声波电机中，驱动频率和谐振频率的关系确定了电机的振动状态，谐振时电机转速高。本文根据超声波电机等效电路，分析了串联支路电流、驱动电压相位差和电机振动状态的关系，分析结果表明此相位差可为转速反馈。