MEMS密码锁的驱动电磁型超微电机步进控制研究

核心提示：　　机械密码锁是一种用于特别重要场合的安全保险装置，具有使用寿命长、可靠性高、误解码率低的特点，应用于银行、武器弹药库等场合。过去，主要采用精密机械加工的方法制造机械密码锁。随着半导体制造工艺和超精密

　　机械密码锁是一种用于特别重要场合的安全保险装置，具有使用寿命长、可靠性高、误解码率低的特点，应用于银行、武器弹药库等场合。过去，主要采用精密机械加工的方法制造机械密码锁。随着半导体制造工艺和超精密加工技术的迅猛发展，利用MEMS技术微型化密码锁已经成为发展的必然。随着结构尺寸越来越细小，对鉴码轮的驱动机构超微电机的精度要求也随之提高。

　　本文讨论的MEMS密码锁有两个相同且平行安装的超微电机组成，每个超微电机上都安装着与其同轴的鉴码轮。为该超微电机的定子绕组图和转子磁极分布图，它采用了相同尺寸的定转子，且上下分布的新颖结构。只要依据转子磁极作用于定子线圈上的受力方向，且在恰当时刻换相就封吏转子旋转。为使用超微电机做驱动器的密码锁结构图，超微电机通过轴转动带有鉴码齿的码轮步进运动。如果密码正确，则两个码轮上的鉴码轮随着同轴的两个超微电机的分别步进而步进，齿不啮合，锁被打开；如果密码错误时，则将引发两个码轮上的鉴码齿竞争，锁被卡死。因此，开锁时，两组平行安装带有鉴码轮的超微电机能否准时，准确地分别步进到指定位置，即超微电机的步进是否均稳定可靠对于密码锁来说是至关重要的。本文讨论以准LIGA工艺研制的直径为6.9mm电磁超微电机为核心驱动部件，驱动鉴码轮解码时的超微电机步进控制。

　　密码锁结构示意超微电机的力矩分析超微电机所产生的电磁力矩很小，一般在LNm的数量级。但是其中由于超微电机的摩擦而产生的损耗比例往往会很大，而且传统润滑方法在超微电机上又无法使用。因此在负载下，超微电机能否产生足够大的力矩，决定着超微电机是否能够步进均。

　　在微密码锁系统中，根据解码要求，两个鉴码轮必须分16步走完一圈，所以要求超微电机步进均的每步走22.5b.在具体实现时，采用了二-三相的通电方式。下面将分析电机在二-三相通电时的力矩。

　　由的矢量图，可得两相通电时的力矩为：MEMs密码锁的驱动电磁型超微电机步进控制研究由，预测方法2为拟合函数法「1.17. 86%.结果表明硅钢片的神经网络预测模型具有较由表1可以看出，其最大预测误差分别为4. 63%和高的精度，预测误差一般在5%以内。

　　表1 DW310-35冷轧硅钢片材料特性预测结果（/=2000Hz）实测预测方法1预测方法2误差/ 4结论采用谐波分析法进行高速变频电机仿真，将非正弦激励求解问题转换为传统的正弦激励求解问题，解决了非正弦激励下硅钢片材料特性数据难以获得的难题。

　　首次应用三层前向神经网络实现硅钢片材料特性预测，可以利用神经网络的泛化能力，从硅钢片制造商提供的有限数据出发，预测硅钢片在不同频率的正弦激励下的磁化曲线和损耗曲线。

　　实例表明，神经网络预测模型的预测精度要高于拟合函数法，是一种有效、可行的预测模型。