基于能量等效的行波超声波电机数学模型研究

利用能量等效原则把环形压电复合定子等效成等直梁结构,综合考虑压电复合定子的机械损耗(包括压电陶瓷和金属基体的损耗)、转动惯量和剪切变形,利用铁摩辛柯梁振动理论得到了压电复合定子在自由状态下的频率方程和受迫状态下的振动解析解;利用库仑摩擦接触理论建立了定、转子之间的力传递模型;探讨了接触角与定、转子预压力、振动幅值、摩擦材料弹性刚度之间的关系,给出了电机稳态时的输出力矩表达式,并分析了电机的能量损耗.通过把定、转子接触面的摩擦损耗和转子输出功率等效为定子振动的弯曲阻尼损失,建立了电机输出效率表达式,从而系统地建立了基于能量等效的行波型超声波电机特性的解析模型.研究有助于电机设计.     

基于弹性联轴环节的行波型超声波电动机瞬态特性

计及了联轴节等环节的弹性和定转子力传递模型,建立了描述瞬态特性的运动微分方程,并给出其解.利用超声波瞬态特性测试系统,理论和实验验证了上述模型的准确性和有效性,并重点指出了影响响应时间的阻尼系数主要来源于接触面的摩擦阻尼,而非电机转轴上摩擦阻尼.     

基于ARM的行波超声波电机驱动控制系统研究与实验

针对行波超声波电机的驱动特点和要求,研制出一种适合于行波型超声波电机的PWM驱动控制系统.系统以ARM微控制器S3CA4BOX为核心,可采用变频、变相调速方式对电机进行闭环控制.实验结果表明,PWM驱动控制系统产生的驱动信号能够稳定、可靠地驱动电机工作.     

基于DSP双模控制的超声波电动机电源

从超声波电动机对驱动电源的要求出发,提出了一种基于DSP的PID-FUZZY双模控制方法,并给出了与之对应的超声波电动机电源的设计思路及其详细电路.试验表明,该方法辨识能力强、稳态精度好,具有较大的应用价值和推广价值.     

谐波减速式超声波电动机的设计与实验研究

提出并设计了一种低速输出的谐波减速式行波超声波电动机,分析了其工作原理,并利用样机研究了行波超声波电动机和组装后的谐波超声波电动机的频率速度特性,获得双面齿行波超声波电动机和谐波减速式超声波电动机的最大空载速度,且实验获得的传动比比设计的理论传动比大20%.实验结果表明该电机能够低速可靠的运行.     

预压力对超声波电动机性能影响的实验研究

简单介绍了超声波电动机的驱动原理,分别建立了电动机频率特性、噪声特性、温度特性和机械特性等实验平台;在此基础上,采用对比试验法分别研究了预压力对电动机谐振频率、噪声特性、机械特性、温度特性以及电动机压电陶瓷夹持电容等的影响.结果表明:电动机谐振频率随预压力的增加而升高,而压电陶瓷夹持电容却随预压力的增加减小;增加预压力可以避免电动机出现模态混叠现象,并能有效抑制电动机噪声强度;适当的预压力有利于提高电动机的机械性能和降低电动机因摩擦损耗产生的热量.研究结果为超声波电动机的设计和控制提供了参考依据.     

基于MCM的环型行波超声波电机驱动集成单元的热分析

应用多芯片组件(MCM)技术,对超声波电机驱动单元的集成技术进行了初步探索;建立了MCM的三维有限元的热分析模型,并在空气自然对流情况下,对温度分布和散热状况进行了模拟计算;定量分析了空气强迫对流MCM模型温度分布和散热状况的影响。模拟分析结果为基于MCM的超声波电机驱动单元的设计提供了重要的理论依据,对于提高同类产品本身的整体性能和国际竞争力具有重要的理论意义和实用价值。     

球形二自由度超声波电机的运行机理和特性

球形二自由度超声波电机可以实现二个自由度的运动,从二自由度行波型超声波电机的基本结构与驱动原理出发,建立了定转子的位置关系式,从而得到电机的驱动力方程,进而求出定子的驱动力矩方程,然后分别对转子在静止和转动情况下的驱动力方程做了讨论,最后求出球形二自由度超声波电机的驱动力矩数学模型.随之通过电机的结构参数对电机的驱动力矩进行了仿真计算,然后通过实验对驱动力矩做了初步验证,实验结果证明了数学模型的有效性,对二自由度行波型超声波电机的优化设计和性能提高奠定了理论基础.     

超声电机的等效电路模型及其参数辨识

超声电机的数学模型对电机的结构设计、工作特性分析、驱动控制以及提高运行效率都有重要的意义,但由于其时变和非线性特性,使电机参数的测量成为研究热点。文中基于电机振子的等效电路模型,用参数辨识的方法得出其参数,为电机驱动过程中阻抗的动态匹配和电机工作效率的提高打下基础。     

楔形超声波电动机的模型研究

引用能流作为参变量 ,根据楔形超声波电动机的结构 ,基于楔形超声波电动机的物理机理 ,讨论了该电动机的运动方程和驱动力矩 ,建立了该电动机转子的转矩方程 ,用数学方程描述了压电陶瓷的机电耦合关系 ,从而建立了该电动机的数学模型 ,为楔形超声波电动机的控制提供了理论依据     

Precise Position Control of a Traveling-Wave Ultrasonic Motor

In this paper, precise position control of a traveling-wave ultrasonic motor is achieved, avoiding the traditional drawbacks attributable to nonlinear torque generation, which are overshoot or slow response time. For that purpose, a behavior model control is proposed and presented. With this control law, a quick and precise response is obtained. In this paper, we present a position-control scheme of an inertial load. The guideline used for this control was a rotation of 90 in a response time of about 200 ms with a position error of 0.6 mrad, targeting a typical application for avionics. In this paper, a Shinsei USR30 is used, but the method can be applied to other ultrasonic motors.     

二自由度行波型超声波电机的驱动和运动姿态控制

球形二自由度行波型超声波电机是一种多自由度超声波电机,文中介绍了一种二自由度行波型超声波电机简要的结构和机理,并介绍其驱动控制电源的设计,然后提出了一种新颖的电机姿态测量机构,最后研制基于相位差PI控制策略的电机驱动和运动姿态控制系统.实验表明,球形二自由度超声波电机驱动和运动姿态控制是可行和正确的,而且具有较高的定位精度.本文为二自由度行波型超声波电机的优化设计和性能提高奠定了理论基础.     

中空环形行波超声波电机定子振动解析模型

为分析定转子间的接触对定子振动的影响,建立中空环形行波超声波电机定子振动解析模型。根据电机的结构特点,将定子等效为等厚度的圆环形梁,等效过程中,忽略定子齿的刚度,但将定子齿的质量等效到定子梁中,采用解析法建立等效定子梁的自由振动模型和受迫振动模型,得到定子不同振动模态对应的自由振动频率以及定子在外加激励电压和定转子间法向接触压力作用下的受迫振动响应。结果表明,定子等效处理的方法是合理的,电压激励和法向接触压力激励所产生的定子振幅分别与电压幅值和预压力大小呈正比关系,定转子间所施加的预压力较小,因此接触压力对定子振动的影响较小。将理论分析结果与实验测试结果进行比较,二者基本吻合,验证了所提出的解析模型的正确性。     

旋转型行波超声电机的等效电路模型

在推导旋转型行波超声电机定转子运动拉格朗日方程和压电陶瓷电流方程的基础上,建立了超声电机的等效电路模型。并通过测量单相定子导纳、由摩擦层和转子材料特性参数估算模型中相关元件的值和解析计算电机输出功率及摩擦损耗的方法,对模型进行简化,并获取其中各参数。将电机不同负载转矩及驱动频率的工作条件考虑在内,以电机的等效电路模型作为驱动器的电气负载来设计驱动器参数。给出了理论计算同实测的结果,验证了等效电路模型的正确性和有效性。     

超声波电动机定子等效电路模型及驱动电路的阻抗匹配

从分析超声波电动机定子等效电路模型人手,考虑电机容性负载特性,对驱动电路进行了串联电感匹配,改善了驱动电源与电机之间的耦合程度,提高了驱动电源的输出效率,同时匹配电感后电压波形有了明显的改善,并通过实验测试了阻抗匹配的驱动效果,为进一步有效驱动控制超声波电动机提供可靠的依据.