新型箝位式压电电机的设计研究

针对传统箝位式压电电机在谐振态下工作时,方波振动的箝位部分结构设计复杂问题,提出一种新型箝位式压电电机。该电机箝位部分与驱动部分均由同频正弦电压驱动实现正弦振动,通过定子对动子的箝位接触,实现动子单向输出运动。相较于传统箝位式压电电机和超声电机,该电机的定子结构设计无需采用模态简并,结构设计难度降低。利用有限元仿真确定定、动子结构参数,制造样机并搭建实验平台。对箝位部分分别采用正弦波与方波做激励,再对驱动部分进行波形对比,表明正弦波亦能达到预期效果。实验结果表明:准静态时,激励电压频率为250Hz、电压峰峰值Vp-p为10V时,步进距离为0.5μm,步进速度0.13mm/s;谐振态时,激励电压频率为540Hz、电压峰峰值Vp-p为70V时,步进距离为32μm,步进速度16.9mm/s;该电机可兼顾低频高分辨率和高频高速输出以实现跨尺度工作。     

数控加工中心精度保障发展现状及标准体系构建

本文分析了我国制造业特别是数控加工中心标准化的发展现状以及面临的问题,初步探索构建了数控加工中心精度保障的标准体系框架,对提高数控加工精度,完善数控加工中心的精度保障体系,推进高精度和高端数控加工中心标准化进程以及推动制造业朝高精尖方向发展具有重要参考意义.     

质量块位置对压电悬臂梁发电性能影响分析

利用ANSYS有限元仿真软件,建立压电悬臂梁发电振子的ANSYS模型,并进行了模态分析和谐响应分析。当加速度为0.015 m/s2,质量块在不同位置时,仿真分析了压电悬臂梁发电振子输出的开路电压随频率的变化。由仿真结果可知,当质量块距离夹持端75 mm时,压电悬臂梁发电振子输出的开路电压有效值最大可达19.3 V。搭建试验台,研究了质量块在不同位置时压电悬臂梁发电振子的输出特性。实验结果表明,当质量块距离夹持端77 mm时,在加速度一阶谐振频率下,压电悬臂梁发电振子输出的开路电压有效值最大可达17.8 V。在经全桥整流电路接阻容电路,电阻为1.3 MΩ时,电阻上获得最大瞬时功率为55 μW。研究结果表明,带质量块的压电悬臂梁发电振子振动能量发电梁中的质量块存在一个最佳位置,使装置开路电压和输出功率最大。     

中间固定式双压电晶片大流量压电泵的研究

为实现结构紧凑、大流量泵在便携产品中的应用,提出以中间固定的圆形双晶片压电振子为激励的压电泵。通过仿真及理论计算对比可得,与传统的边沿支撑振子的压电泵相比,在振子振动单个周期内,中间固定式的泵的腔体体积变化量提高了近50%。实验所用样泵的尺寸为42 mm×42 mm×14 mm,用锆钛酸铅压电陶瓷(PZT)尺寸为25mm×0.2 mm的压电双晶片激励,该泵在380 Hz,320 V的正弦激励下,最大流量可达到800mL/min。     

基于分时驱动方法压电堆响应速度的研究

为提高压电驱动器响应速度,提出了一种超快速分时驱动方法。它通过考虑压电堆内部应力波传播对响应速度的影响,对各压电层进行分时驱动以提高其整体响应速度。通过COMSOL Multiphysics有限元仿真软件对所提出的模型进行了仿真分析,并通过实验结果得到了验证。相比于传统的同时驱动,分时驱动下压电驱动器的整体响应速度提高为原来的1.92倍;另外,分时驱动可以实现对各压电层产生应力的线性叠加,在不改变驱动器响应速度的前提下获得更大的输出位移。     

有源相控阵雷达阵面热变形预测建模理论

目前大部分研究均通过软件仿真的方法来预测有源相控阵雷达阵面热变形,但仿真结果与真实情况存在一定偏差,为此,提出了有源相控阵雷达热变形预测建模理论。通过实验测量得到阵面热变形和温度变化,依据模糊聚类结合灰色关联算法对温度测点进行优化,建立各方向热变形量的预测模型。实验结果表明：该模型具有较高的预测精度和稳健性,从而可实现阵面热变形的准确预测。     

基于偏心轮受迫振动的压电马达研究

正压电马达是当前新型驱动器的研究热点,它在工业控制系统,汽车专用电器,办公自动化设备以及智能机器人等领域都有着十分广阔的应用前景。然而现有的压电马达主要依靠压电定子振动,通过摩擦传动驱动转子旋转或者直线运动,一般运动速度较低,还存在磨损严重,输出功率小,效率低等一系列问题。为了从根本上解决这些问题,探索新型原理的压电马达,彻底摆脱其对摩擦力的依赖,论文首次提出一种新型原理的压电马达:基于偏心轮受迫振动的压电马达,并完成了对其从理论分析、设计制造到实验研究和应用探讨的一系列工作。论文主要成果和创新点如下:     

一种大振幅超声变幅杆设计

设计了一种等应力大振幅变幅杆。基于变截面杆的波动方程,ANSYS分析变幅杆振动模态和谐响应,设计了所需频率的等应力变幅杆。在此基础上仿真分析和比较了四种不同形状变幅杆的动态特性,验证了设计的准确性。实验测试所设计的变幅杆,结果显示,在198Vp-p的电压激励下,振幅峰峰值可达148um。     

新型同步箝位控制压电马达

提出一种新型谐振驱动同步箝位控制压电马达,该压电马达由一个谐振驱动振子和同步箝位开关构成,结合超声马达的谐振驱动与尺蠖马达的控制机理,使输出组件沿导轨产生直线运动。详细分析了该压电马达的运动机理,采用有限元仿真法确定结构尺寸,研制了样机并进行了性能测试与分析,实验结果表明该种压电马达具有良好的性能。     

基于正则化的机床热误差自适应稳健建模算法

通过建立预测模型对机床热误差进行补偿,是有效解决热误差造成机床精度下降问题的常用方法。本文提出一种基于正则化的数控机床热误差自适应稳健建模算法,能够在建模过程中自适应选择温度敏感点(TSPs),并具有高预测精度和稳健性。首先基于结构风险最小化原则对热误差建模稳健性机理进行分析,进而利用正则化算法中LASSO解的稀疏性实现自适应TSP选择。然后基于不同实验条件的热误差数据,分析所提建模算法的预测效果,并与常用的多元线性回归、BP神经网络和岭回归算法进行比对分析。结果表明,本文所提建模算法具有最高的预测精度和稳健性,分别为5.22和1.69μm。最后,利用所建立的预测模型进行热误差补偿实验,以验证本文所提建模算法的实际补偿效果。