Abstract
自1970年代蘇俄科學家提出超音波馬達原始模型，到1980年代日本指田先生發表實用的超音波馬達新模型，至今，短短的幾十年裡，此新型的傳動設備已廣受各界注目。尤其是在傳統電磁馬達不適合應用的地方，如低轉速、高扭力、使用環境、空間或形狀有特殊要求時，超音波馬達則有著相當大的發展潛力。本論文則針對超音波馬達，首先描述其工作原理與驅動特性，並提出其伺服驅動器的製作，馬達的動態模式建立與控制器的設計。在超音波馬達驅動器的製作上，本論文是採用一組脈寬調變的直流--直流升壓截波器和一組兩相半橋式串聯共振並聯負載變流器，接成串聯組態。利用升壓截波器和變流器的電感電容共振原理，製作出可變頻率調節的兩相高頻弦波，來驅動超音波馬達。超音波馬達的工作原理與一般電磁馬達不同，它是以高頻震動的定子，摩擦轉子而產生旋轉的致動力，因而其數學動態模式很難得到。因此在動態模式建立上，本文是以控制系統分析儀，經實驗的方式來進行系統頻域鑑別，以求得超音波馬達的實驗轉移函數，方便控制器的設計與印證。在控制器的設計上，本論文利用文獻[10]之方法，設計了一個適合超音波馬達的伺服控制器。此控制器是以極點置放的設計觀念為主，並加入對不確定量與非線性量的補償，使其能對系統參數鑑別誤差、外界干擾及外加負載參數的變動，做一即時且精確的補償。本文並設計一積分式可變結構控制器(Integral Variable Structure Controller,IVSC)和比例積分微分(PID)控制器，做控制性能上的對照與比較。實驗的硬體設備，是以PC/AT 486為主，經由輸入/輸出介面與即時程式之撰寫，而完成整個控制迴路架構。並由實驗顯示，本文所提之伺服控制器於步級定位、弦波追蹤的控制上，均提供相當優越的響應特性。