压电谐波电机的研究

压电谐波电机是利用固定的压电驱动器及其位移放大机构作为谐波齿轮传动的波发生器，通过对压电元件的变形形状进行周期性控制，经过位移放大器进行位移放大，使柔轮产生周期性变形。只要使压电波发生器与柔轮接触的各离散点，按给定的柔轮变形规律进行变形，且驱动器的数目以及结构等参数满足连续啮合传动的要求，便可得到低转速的输出，它是一种基于谐波传动原理的新型步进电机。分析了压电波发生器结构以及控制系统的设计。它具有低速输出，功率密度大，结构简单，尺寸小，容易微型化，转动惯量小，定位精度高、效率高和噪音低等特点。     

具有柔性铰链的差式微位移放大机构

阐述了差式微位移放大机构的基本设计原理,分析了机构中位移损失的原因。研制的放大机构具有较好的放大效果,而且机构的位移输出线性特性也较好。采用片状柔性铰链成功地解决了由于机构中的位移干涉造成的机构内部反力太大的问题。     

具有柔性铰链的差式微位移放大机构的受力分析

通过对差式微位移放大机构的分解简化,应用叠加的方法推导出了形式上比较易于求解的机构放大倍数的计算公式。该公式的计算结果与有限元法的计算结果比较接近,可用于类似机构的设计计算。     

压电阀中的微位移放大机构

压电陶瓷材料具有优良的力学性能和响应特性,将其作为智能执行器应用于液压阀中,是持续多年的研究热点。但压电驱动器输出仅为微米级,难以直接满足液压阀的使用要求,因此需要设计相应的微位移放大机构。首先,重点介绍了柔性铰链放大机构及其在压电阀中的典型应用,根据原理可分为杠杆、三角、桥式等放大形式;其次,归纳了基于液压放大和晶片放大机构的两类压电阀的代表性结构和性能特点;最后,分析对比了三类放大机构应用于压电阀中的优缺点。结果表明,铰链放大结构简单,再现性好;液压放大占用空间小,频带宽,倍数高;晶片放大频响高,只适用于伺服和先导控制。     

压电谐波电机承载能力的研究

以保证柔轮与刚轮的正常啮合为条件,引入计算径向变形量系数,设计径向变形量系数以及允许位移损失系数,通过确定位移放大机构输出端允许位移损失量或柔轮的实际径向变形量,计算压电谐波电机承载能力。建立了压电谐波电机承载能力的设计准则,是包括压电驱动器驱动能力选择以及其他结构尺寸设计与校核的主要依据。其输出扭矩与压电驱动器与位移放大机构的刚度成正比,与柔轮变形力、轮齿啮合角以及摩擦系数成反比。克服了基于压电驱动器最大驱动能力建立压电谐波电机输出扭矩方法的缺陷。该模型也可用于采用超磁致伸缩等其他驱动器的谐波电机承载能力的计算。设计计算表明,相对于一般原动机,压电谐波电机能提供较大的输出扭矩。     

基于三角位移放大机构的压电制动器研究

提出了一种应用于压电制动器的微位移放大机构,该机构以叠层压电陶瓷为驱动元件,通过基于三角形放大原理的柔性铰链放大机构,放大叠层压电陶瓷的输出位移。分析了放大机构的运动及放大机理,建立了制动系统的力学模型,并利用ANSYS软件建立机构有限元模型进行仿真,在试制样机上对其输出特性进行了实验。实验测试结果表明,该机构对叠层压电陶瓷输出位移的放大倍数为3.2倍,与有限元仿真得到的放大倍数4倍相近,一阶固有频率为1 814Hz,最大输出力为44.1N(150V电压下),且该机构线性良好、分辨率高、迟滞效应较小。     

压电谐波电机的控制系统设计

压电谐波电机是根据谐波传动和压电逆效应原理设计的一种新型电机；控制系统是使其运转及实现各种控制功能的关键。针对设计的由四相压电驱动器构成的压电谐波电机样机，通过分析其控制原理，提出了相应的控制方案。根据压电陶瓷为容性负载的条件，设计了可快速响应的压电驱动器驱动电路。简要叙述了使电机实现调速、换向、精确定位等各项功能的控制系统软件设计方案。     

一种正交型压电位移放大机构的研究

叠层型压电陶瓷利用逆压电效应可得到精确的微位移量,用作执行器.基于正交三角放大原理设计了一种微位移放大机构.通过有限元法分析设计放大机构,使其将叠层型压电微位移器的位移量放大.研制了样机,并对其进行静、动态性能实验.实验结果表明,该机构各项指标均达到设计要求,证明了设计理论的正确性.     

基于复合放大机构的压电直线电机

为利用驱动足椭圆轨迹的改变实现对压电直线电机输出性能的控制,提出并设计了一种基于复合放大机构的压电直线电机.电机驱动足由三角机构和杠杆机构构成,电机工作时在三角机构顶端能形成椭圆轨迹,杠杆机构能调节椭圆轨迹的大小.在电机结构设计过程中利用有限元软件进行关键参数的选择,制造出了样机并进行性能测试.结果表明,电机在低电压、宽频带内能稳定运行.通过改变放大系数,研究了椭圆轨迹对电机输出性能的影响,结果表明,在驱动信号不变时,通过改变放大系数能实现驱动足顶端椭圆轨迹的调节,从而改变电机的输出性能.     

微进给刀架中位移放大机构的优化设计

基于压电陶瓷驱动的刀具微进给机构是满足精密加工的重要途径,为进一步增加微进给刀架驱动位移,在微进给刀架中增加一种柔性铰链微位移放大机构,增加压电陶瓷驱动器输出位移。该文设计了4种微位移放大机构,理论计算了静态刚度,利用ANSYS软件对4种微位移放大机构进行了建模和有限元数值仿真分析,对比了不同类型的微位移放大机构的放大倍数、负载能力和应力情况等静态特性,为优化设计刀具微进给机构打下良好基础。     

柔性铰链位移放大机构在活塞加工中的应用

针对活塞加工中快速刀具伺服机构高频响、大位移和高精度的特点，提出了一种基于压电陶瓷的新型单自由度柔性铰链微位移放大机构，对单轴柔性铰链和机构进行了刚度计算；为了提高控制精度，利用Maxwell模型对压电陶瓷非线性建立数学模型，利用反馈-前馈控制法消除了以切削力为主的干扰信号的影响，仿真实验证明该系统达到了活塞加工中高速进给的要求。     

一种误差放大式压电陶瓷驱动电源的研制

介绍了压电陶瓷驱动电源的特点,研制了一种改进的误差放大式压电陶瓷驱动电源。该驱动电源采用串联型稳压电路生成直流高压,误差反馈控制电压取自受控压电陶瓷上的电压。通过增加反馈电容与隔离电阻来补偿负载电容带来的系统外部极点。实验证明,在3.13μF负载下该驱动电源输出峰值电流可达700mA,动态响应频率可达1kHz,纹波小于20mV,线性度高,稳定性好,结构简单,造价低。     

谐波负载阻抗对功率放大器性能的影响

使用谐波平衡法精确分析了谐波负载阻抗对功率放大器性能的影响并确定了最优谐波阻抗，提出了优化谐波负载阻抗的方法，设计实现了AB类1．5W功率放大器。测试结果证明，在功放设计中优化谐波负载阻抗具有重要的意义。     

Ka波段二次谐波回旋速调管放大器的研究

应用自行编制的电子注-波互作用的自洽非线性模拟程序,我们对Ka波段二次谐波回旋速调管放大器的注-波互作用进行了研究.通过对回旋速调管放大器的数值模拟,我们详细描述了二次谐波电子注-波互作用过程中电子群聚的物理图景;并研究了不同变化参数(漂移管长度和静磁场强度)对电子效率的影响.模拟结果表明:设计的二次谐波回旋速调管放大器的电子效率为15.4%,相应的输出功率约为161kW.     

大功率宽带G波段行波谐波放大器研究

针对大功率太赫兹功率源的应用需求,设计了一种G波段行波谐波放大器。该放大器件利用行波管非线性过程产生的谐波电流,通过级联谐波段高频系统实现基波信号的谐波放大,获得大功率宽带太赫兹波功率输出。本文利用CST和MTSS软件完成了G波段行波谐波放大器优化设计,并通过三维PIC进行互作用精确仿真分析,研究结果表明,该放大器能够在G波段10 GHz带宽内获得大于2 W的输出功率,为后续实际器件研制奠定了技术基础。