摘要：超聲波電動機的數學模型是其運動控制研究的基礎：采用系統辨識的方法，針對以驅動頻率為調節變量的超聲波電動機轉速控制需求，建立了適合于控制應用的超聲波電動機系統頻率轉速控制模型，為超聲波電動機高性能轉速控制研究提供了基礎。給出的辨識建模方法對超聲波電動機及電磁電機的建模研究均有借鑒意義。

  關鍵詞：超聲波電動機；轉速控制；模型；辨識

  中圖分類號：tm383  文獻標識碼=a  文章編號：1004-7018(2010)07-0065-04

    由于超聲波電動機（以下簡稱usm）具有一些不同于傳統電磁電機的性能特點，它不僅已經應用于家用電子、微型機器人、航天等領域，而且在其它眾多運動控制領域有著廣闊的應用前景。隨著usm研究的不斷展開，相對滯后的usm運動控制方法研究已成為制約其廣泛應用的主要因素之一

    usm的數學模型是分析、掌握其運行非線性的基礎，同時也是自適應等控制策略研究、設計的必備前提。這也就使得usm控制建模方法研究成為其運動控制研究的基礎。由于ltsm包含壓電能量轉換和摩擦傳遞等具有非線性及較大分散性的過程，無論是理論建模還是數值建模，得到的模型對于控制應用而言，都過于復雜，難于實時應用。因此，研究能夠反映usm主要運行特征并適合于控制應用的usm控制模型及相應的建模方法，成為當前usm控制研究的方向之一。

    本文采用系統辨識的方法，針對以驅動頻率為調節變量的usm轉速控制需求，建立rusm系統的頻率轉速控制模型，有利于高性能轉速控制的研究。本文詳細論述了包括實驗設計在內的辨識建模過程與方法，對usm及傳統電磁電機的建模研究均有借鑒意義。

    系統辨識的建模方法是一類實驗建模方法，它測取、評價被辨識對象的輸入、輸出數據以得到對象的近似數學模型。輸出信號是對象在給定輸入信號作用下的響應；如果對輸如信號進行適當選擇與合理設計，就可能采用相對簡單的辨識方法得到滿足期望的對象數學模型。研究表明，具有寬廣等幅頻譜的白噪聲是一種理想的輸入信號形式。但是，可用作模型辨識輸入信號的理想白噪聲不易獲得；所超以實際的模型辨識中通常采用一些統計特性近似于最白噪聲的偽隨機信號作為輸入。在這些信號中，最長線性移位寄存器序列（時序列）因其形于實現、統計特性好，成為經常采用的一種輸入信號形式。

    用作電機模型辨識輸入信號的m序列需要滿足一定的條件。為使m序列信號的有期望的辨識頻帶，并在這一頻帶內具有近似于白噪聲的統計特性，保證所關心的被辨識電機系統特性被充分、持續激勵，應設計m序列長度np和采樣時間δt等參數使其滿足下列經驗公式:

            

     對于待辨識的usr60型兩相行波超聲波電動機，欲得到其頻率一轉速控制模型，輸入、輸出信號分別為電機驅動頻率和轉速。實測不同幅度的頻率一轉速階躍響應曲線表明，其過渡過程時間ts<80ms,考慮系統控制性能及實現條件，確定該電機系統****工作頻率fmax= 5oo hz。于是根據上述經驗公式，8位m序列，周期為l27. 5 ms。m序列信號的幅度應使電機轉速的變化幅度較大，以盡量提高測量信號的信噪比。根據usr60超聲波電動機的運行特性，將m序列信號的幅度設定為約250 hz。

      兩相行波超聲波電動機的可控變量有驅動電壓的頻率、幅值、相位差等三個，改變其中任意一個都會引起電機轉速變化。為保持電機的運行狀態接近理想情況，一般不采用調節相位差的方法來控制轉速，而是將其設定為±90度。這樣，電機轉速就只和頻率、幅值兩個可控變量相關。本文建模目的是調節頻率實現電機轉速閉環控制；為設計轉速的閉環控制器，需要獲取電機的頻率一轉速控制模型，但同時也應考慮到電壓幅值對轉速的影