高温环境下超声电机的机械性能测试

研制了一种在高温环境下测试超声电机机械性能的装置,该装置包含了温度环境试验箱、转速转矩测量仪以及连接轴,提出了在高温环境下测试超声电机机械性能的方法.通过该装置和试验方法,对超声电机进行了高温环境试验,其环境温度为50～150℃.试验结果表明:随着环境温度升高,超声电机的转速下降;当环境温度<70℃时,超声电机最大力矩随着温度的上升而增加;当环境温度>80℃时,最大转矩随着温度的上升而下降;当环境温度到150℃时,超声电机不工作,超声电机在高温环境下需要降低其性能使用.该试验装置和试验方法同样适用于低温环境.     

超声电机在真空高低温环境下的驱动性能

为了对行波型旋转超声电机在同向负载下的驱动性能进行测试,并研究真空高低温环境对电机驱动性能产生的影响,设计并搭建了一套测试系统,从而实现了对超声电机转速和负载扭矩的测量,并对测试设备采取了控温措施,保证设备在高低温环境下的测试精度不会下降。试验结果表明,利用该系统可获得有效测试数据,得到超声电机在真空高低温环境下的驱动性能曲线,并将其与常温常压环境下的曲线进行比对,可以看到真空高低温环境对超声电机在同向负载下的驱动性能产生了一定影响。本研究成果为超声电机在航天领域的广泛应用奠定了可靠基础。     

行波型放置超声电机的低温特性

将行波型旋转超声电机的定子环形体等效为压电复合梁模型,考虑温度分 别对压电材料和定子金属基体的影响,引入温度影响系数得到温度对超声电机共振频率影响 的数学模型,通过对模型进行计算机仿真,分析 了电机共振频率随温度的变化。建立了超声电机在低温下的试验测试系统,测试了低温环境 下电机的机械特性,以及摩擦材料对电机转速稳定性的影响。对比 常温和低温下摩擦材料表面的形貌显示,低温对磨擦界面的影响较小。总之,目前研制的行波 型旋转 超声电机在低温下的性能有所下降,在超低温环境中性能变化则较大。     

行波型旋转超声电机的低温特性

将行波型旋转超声电机的定子环形体等效为压电复合梁模型,考虑温度分别对压电材料和定子金属基体的影响,引入温度影响系数得到温度对超声电机共振频率影响的数学模型,通过对模型进行计算机仿真,分析了电机共振频率随温度的变化。建立了超声电机在低温下的试验测试系统,测试了低温环境下电机的机械特性,以及摩擦材料对电机转速稳定性的影响。对比常温和低温下摩擦材料表面的形貌显示,低温对磨擦界面的影响较小。总之,目前研制的行波型旋转超声电机在低温下的性能有所下降,在超低温环境中性能变化则较大。     

硅油润滑球轴承真空环境下的摩擦性能与密封研究

分析硅油润滑球轴承的润滑机制,对在不同真空度和转速下的轴承摩擦力矩进行研究。选用FY-3卫星"紫外臭氧垂直探测仪"光学调制器电机样机和进口电机,在真空度3×10-5Pa条件下进行8个月工程试验后,利用高倍电子显微镜分析试验轴承表观状态,确定润滑状态,并分析硅油的泄漏量。结果表明:轴承的摩擦力矩值随着转速的增大而趋于稳定;摩擦力矩的变化量为9.8×10-4N.m;试验期间硅油的泄漏量为1.92mg,证明采用硅油润滑适合光学调制器在真空环境下长期运转。     

运行于真空环境下的超声电机的速度测试与控制

超声电机是一种新型作动器,在航空航天、半导体加工等领域中有着广阔的应用前景。由于超声电机是利用摩擦传动,随着电机运行的时间增加,其温度不断上升,谐振频率随之漂移导致电机速度波动。特别是在真空环境下,由于缺少空气传导与对流换热,超声电机的温升较常态下更为明显。本文研制了基于单片机的速度测试控制系统,根据超声电机运行速度与其驱动频率之间的关系,利用模糊PI方法控制超声电机以期望速度运行于真空环境。实验结果表明利用该系统,可控制超声电机长时间稳定运行于真空环境下（最高真空度可达0.003pa）,速度偏差控制在1转以内。     

旋转型行波超声电机瞬态响应能力的试验研究

针对惯量负载下旋转型行波超声电机的瞬态特性及变化规律,建立了描述超声电机响应特性的动力学模型,从动力传递机理的角度分析了超声电机的转速阶跃响应特性。通过试验分析评估了阶跃幅值和惯量负载的变化对阶跃响应时间的影响,给出了带惯量负载下旋转型行波超声电机阶跃响应的瞬态特性,验证了旋转型行波超声电机在给定环境下应用的瞬态响应能力。     

改善电动助力转向系统动态性能的控制策略

为了改善电动助力转向系统的动态性能，在基本助力控制的基础上引入了电机惯量补偿控制、电机阻尼补偿控制和力矩微分控制。由于电机惯量补偿控制和电机阻尼补偿控制中都需要用到电机转速信号，因此又给出了一种电机转速观测器模型。台架试验的结果验证了上述控制策略能够有效地改善电动助力转向系统的动态性能，减小转向盘力矩的振荡，而且所使用的电机转速观测器的精度也基本能够满足控制系统的要求。     

混合励磁同步电机低速大力矩控制策略的研究

根据混合励磁同步电机的特点,结合空间电压矢量控制算法,提出了一种在额定转速及以下时增大输出力矩的新型控制策略,同时对如何有效增磁以实现低速大力矩的控制算法进行了深入的研究。该控制思想是把电机控制分为常规力矩区与动态增磁区,在不同的区域下采用不同的控制方法,使得电机在整个运行中能表现出良好的动态性能。实验结果表明,所提出的控制策略,能够有效实现电机在额定转速以下力矩大幅的增加,且电机运行稳定,动态性能良好。     

提高电动助力转向系统动态性能的控制策略研究及实车试验验证

为了改善电动助力转向系统的动态性能，在基本助力控制的基础上引入了电机惯量补偿控制、电机阻尼补偿控制和力矩微分控制。由于电机惯量补偿控制和电机阻尼补偿控制中都需要用到电机转速信号，因此又给出了一种电机转速观测器模型。实车试验的结果验证了上述控制策略能够有效地改善电动助力转向系统的动态性能，能减小转向盘力矩的振荡和超调量，所使用的电机转速观测器的精度基本能够满足控制系统的要求。     

基于虚拟仪器的直线超声电机机械特性测试

针对直线超声电机机械特性测试问题,建立了基于虚拟仪器的直线超声电机机械特性测试系统。设计了力与速度测试系统,为测试的直线电机提供加载,配置的压力传感器与直线型光电编码器分别用于电机输出力与速度的测量,利用虚拟仪器技术搭建了测试硬件平台。利用虚拟仪器编程语言LabVIEW对各个模块进行软件设计,以实现各自的功能。利用该系统对杆式直线超声电机和双变幅杆V形直线超声电机的机械特性进行了测试,测试结果证实该测试系统的可行性,为直线超声电机机械特性测试提供了所必需的条件。     

通用型液压马达实验台的分析与设计

通用型液压马达实验台的检测实验装置能够模拟实际工况对不同类型、多种规格的液压马达进行性能测试。设计一种通用型液压马达,包括实验台的连接支架设计、转速扭矩仪选型、负载系统设计、油箱设计及油路优化,并对设计参数进行了计算与有限元验证。该实验台可按照国家标准和检测方法,对多种类型不同型号液压马达做性能测试。     

超声波马达的真空和温度特性研究

研究了超声波马达在非常状态下的驱动行为,选取了5种工程塑料作为转子摩擦材料,利用真空试验机和自制的与其相匹配的超声波马达模拟试验台,采用对比试验方法,研究了接触预紧力、真空度和环境温度等对行波型超声波马达的驱动特性的影响。结果表明,随着预紧力和真空度的增加,马达的堵转力矩增加而空载转速下降;随着环境温度的增加马达的空载转速下降。运用声学理论分析了真空度对接触状态的影响,得出声悬浮作用使定子和转子的动态接触力减小的结论。在真空状态下,超声波马达的堵转力矩比常态下提高的主要原因是声悬浮作用降低引起定子和转子的动态接触力增加所致。     

高速列车牵引电机的同步虚拟主轴控制

针对高速列车牵引电机的同步控制问题,分析了系统同步性对于列车运行状态的影响作,并比较了不同控制策略的优势与不足,提出了利用虚拟主轴控制满足列车牵引系统高同步性的需求的方案,在Matlab中结合传统的虚拟主轴控制理论及列车牵引电机实际运行情况,对传统虚拟主轴控制模型控制参数做出调整,对启动阶段的控制策略进行了优化,建立了一个包含四台永磁牵引电机的同步控制系统模型。利用所建模型分析了系统发生负载扰动,负载不平衡等情况下转速,转矩,转速差,转角差的变化情况,并分析了系统保持同步的临界条件。研究结果表明,将虚拟主轴控制策略应用在高速列车牵引电机的同步控制之中,有着同步性高、响应迅速等的优点,该控制策略有着良好的应用前景。     

Improving the performances of ultrasonic motors using intermittent contact scheme

Most ultrasonic motors operate in intermittent contact scheme. Their stators drive the rotors (or sliders) when the stators contact the rotors, and the rotors (or sliders) move under an inertia force when the stators and the rotors are separated. The duty cycle of the contact and the “flight” manages motors’ output performance. To obtain a large output force or output velocity, this paper proposes a concept using the alternative work of a multistator or the multi-driving end of a single stator. The method can avoid larger noise, poor efficiency, and lifetime of motors. A novel linear ultrasonic motor using the alternative work of the multi-driving end of a single stator was fabricated and investigated experimentally. The traveling speed without load of the slider is 88 mm/s, and the maximum load is 0.32 N.     

Improving the performances of ultrasonic motors using intermittent contact scheme

Most ultrasonic motors operate in intermittent contact scheme. Their stators drive the rotors (or sliders) when the stators contact the rotors, and the rotors (or sliders) move under an inertia force when the stators and the rotors are separated. The duty cycle of the contact and the “flight” manages motors’ output performance. To obtain a large output force or output velocity, this paper proposes a concept using the alternative work of a multi-stator or the multi-driving end of a single stator. The method can avoid larger noise, poor efficiency, and lifetime of motors. A novel linear ultrasonic motor using the alternative work of the multi-driving end of a single stator was fabricated and investigated experimentally. The traveling speed without load of the slider is 88 mm/s, and the maximum load is 0.32 N.     

Study on self-tuning pole assignment speed control of an ultrasonic motor

Ultrasonic motors have a heavy nonlinearity, which varies with driving conditions. The nonlinearity is a problem as an accurate motion actuator for industrial applications and it is important to eliminate the nonlinearity in order to improve the control performance. In general, complicated control strategies are used to deal with the nonlinearity of ultrasonic motors. This paper proposes a new speed control scheme for ultrasonic motors to overcome the nonlinearity employing a simplified self-tuning control. The speed control model which can reflect the main nonlinear characteristics is obtained using a system identification method based on the step response. Then, a pole assignment speed controller is designed. To avoid the influence of the motor’s nonlinearity on the speed control performance, a control parameters’ on-line self-tuning strategy utilizing the gain of the model is designed. The proposed control strategy is realized using a DSP circuit, and experiments prove the validity of the proposed speed control scheme.     

高速电主轴矢量控制机械特性分析与仿真

根据异步电动机的矢量控制原理,推导了高速电主轴矢量控制固有机械特性曲线的数学表达式,据此分析了高速电主轴转速闭环矢量控制在负载条件下的调速机理,得出转速闭环矢量控制通过调节同步转速使电主轴工作在互不相同但互相平行的固有机械特性曲线上,从而获得优良的静动态性能的结论。为了验证理论分析的正确性,根据高速电主轴的矢量控制方程,建立了一个带转矩内环的转速、磁链闭环矢量控制系统模型。基于此模型,对额定转速为15000转的170MD15Y20型高速电主轴进行了闭环矢量控制加载仿真,仿真结果验证了理论分析的正确性。