直线超声电机特性测试系统的设计及试验

针对现有直线超声电机特性测试系统存在的测试精度低、功能单一和自动化程度低的问题,笔者设计了一种直线超声电机特性测试系统,主要由电机驱动模块、数据采集模块和测试控制及数据处理模块3部分组成。电机驱动模块以STM32F429微控制器为核心,可方便实现对驱动信号的电压、相位以及频率等参数调节;数据采集模块主要由位移传感器、拉压力传感器和高速数据采集卡组成;测试控制数据处理模块主要由PC机实现。利用该系统对一种蝶形直线超声电机的机械特性和瞬态特性进行了测试,结果表明:该系统可很好地实现对直线超声电机的特性测试,而且操作简便,易于扩展。     

一种结合LabVIEW的双层永磁直线电机测试系统

针对解决传统电机测试系统测试耗时长、过程繁琐、精度低等问题,利用圆筒型双层永磁体空心直线发电机的特殊性能,研究开发了一种直线电机的测试系统。对电机运行进行了效率测试实验,测量了电机运动速度、推拉力、电压等信号,并通过数据的采集、传送装置实现了信号的上传;同时,结合LabVIEW的软件开发平台,检测并记录了信号的实时波形,研究了虚拟仪器技术在电机测试系统中的应用。实验结果表明:该待测直线发电机在速度为350 mm/s,加速度为7 000 mm/s2,负载电阻为196Ω时的运行效率为93.01%,研究结果表明,该电机测试系统拥有较高的可行性和测量精度,为新型待测直线发电机测试系统的设计提供了重要依据。     

基于虚拟仪器的隔振装置特性测试系统的研发

针对电梯中隔振装置动态特性测试问题,建立了基于虚拟仪器的隔振装置特性测试系统。搭建了试验平台,通过电动缸提供各种形式加载,力和位移传感器分别进行力与位移的测量。利用虚拟仪器编程语言LabVIEW对各个模块进行软件设计。使用该系统对电梯隔振装置的机械特性进行了测试,达到了预期效果,并为电梯数学建模中解决非线性问题提供了一定参考。     

单模态驱动的V形板结构直线超声电机

为克服双模态超声电机频率一致性的限制和进一步提高V形直线超声电机的输出性能,设计了一种板结构直线超声电机。该电机包括V形定子和直线导轨,定子由2个相互垂直的板结构振子构成,驱动足位于2个变截面梁的连接点上。利用两振子弯曲振动形成的对称和反对称模态,通过两相模态切换,实现电机的双向运动。研制了样机并对其进行了模态实验和机械输出特性测试。借助三维激光测振仪分别测试了驱动足在接触和不接触导轨情况下的运动轨迹,阐述并验证了单模态超声电机的驱动机理。实验结果表明,该电机具有良好的机械输出特性:最大空载速度为690 mm/s,最大推力达100 N,推重比达59.7。     

基于虚拟仪器的电机测控实验系统

在对比国内外电机特性测控系统的基础上,结合高校相关课程实验的需要,设计了基于虚拟仪器的电机实验系统.该系统利用磁粉制动器实现了对电机的加载,用数据采集卡和定时/计数卡实现对电机的控制,利用数字式转矩转速传感器采集转速与转矩信号;充分利用LabVIEW图形化开发平台的优势,将电机的控制和测试变得智能化;在机械结构的设计上,通过不同尺寸联轴器的拆装使该测试系统能适用于不同电机的控制和特性测量.利用此系统可以方便地对电机的控制性能进行测试.     

斜动子与塔形定子构成的单驱双动超声电机

针对两相超声电机对模态频率一致性要求高及单相超声电机难于实现双向运动等问题,提出了一种单相驱动双向运动斜动子塔形直线超声电机。动子相对于塔形定子倾斜安装,利用塔形定子的面内对称模态或面内弯曲模态为工作模态,通过切换工作模态改变定子驱动足运动轨迹相对于动子的倾斜方向,实现动子正、反向运动。在分析电机工作原理及设计原则的基础上,推导了电机运行的导轨倾角适用范围,对设计制作的原理样机进行了模态实验和机械特性测试。实验表明,在导轨倾斜角为35°,激励电压为500 V,预压为力4.5 N的条件下,面内对称振动模态工作时的最大空载速度为79 mm/s,最大输出力为0.5 N;面内弯曲模态工作时的最大空载速度为756 mm/s,最大输出力为0.8 N。     

超声电机的低速检测与分析系统

利用虚拟仪器技术构建超声电机低速测试和分析系统,旨在用LabVIEW软件实现对超声电机低速检测与电参量的特征分析,设计测速方法、滤波和拟合处理来解决低速测试的难点。文章从系统结构、软件设计方法和试验测试几个方面进行详细论述。经试验证明,该系统简单、实用,实现可靠的低速测试与分析。     

Hilbert变换在求取超声换能系统速度导纳中的应用

机械系统中响应速度与激励力之比称为机械导纳即速度导纳。速度导纳对于分析系统特性十分重要。本文提出用激励电压代替激励力,利用H ilbert变换求出超声换能系统在正弦扫频激励下,系统激励电压和响应速度的模及相位,从而得到系统的速度导纳圆。这提供了一种有效的分析复杂系统特性的方法。实验证明,与有效值法相比,该方法具有较强的抗干扰性。     

傅立叶红外光谱仪直线电机控制系统研究

提出了一种新型的用于便携式傅立叶变换红外(FTIR)光谱仪动镜驱动的直线电机控制系统的实现方案.着重论述了该系统的机械结构,速度反馈单元,直线电机控制器的硬件和软件设计.直线电机机械部分采用磁悬浮设计,有效减小电机运动时的摩擦力,提高匀速直线运动的精度.速度反馈单元获取参考激光干涉信号的波长信息为电机匀速直线运动提供反馈.控制器硬件核心由DSP CPLD的电路结构组成,通过增量式PID控制算法对音圈直线电机进行实时控制,确保电机匀速直线运动.实验结果表明,该电机在运动速度为6.33 mm/s时,速度精度优于5%.根据有关文献提供的数据,该驱动结构完全满足傅立叶变换光谱学对数据采集精度的要求,而且该系统较之传统FTIR动镜系统具有体积小巧,重量轻,适合便携式设备应用等优点.     

低压驱动Ⅴ形直线超声电机的设计

针对传统Ⅴ形直线超声电机驱动电压较大、驱动电路复杂,在配合变压器驱动时不利于结构微型化的问题,提出了一种利用叠层压电陶瓷驱动的低压Ⅴ形直线超声电机。在对Ⅴ形直线超声电机的运行机理进行理论分析的基础上,设计了基于叠层压电陶瓷的Ⅴ形振子并进行了夹持装置的结构设计,进一步制作样机并开展了阻抗实验,测试了样机的外输出特性。实验结果表明:电机的驱动频率位于36～38 kHz,在37 kHz,50 Vpp的驱动电压激励下,其最大输出力为25.8 N,最高空载速度为1.221 m/s,可在低压驱动下输出大推力,直线超声电机的驱动性能得到了提高。     

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.     

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.     

超声电机伺服控制的研究评述

为改善超声电机性能,实现超声电机快速、准确、稳定的控制,对于超声电机的现有的伺服控制策略和方法进行评述和比较,并且根据超声电机运动机理不同于传统的电磁电机,具有复杂的动力学现象及时变、强非线性等特点,提出了基于参考模型的模糊神经网络控制方法、遗传算法或其他的组合控制方法将是适用于超声电机的控制策略。     

超声电机在真空环境下的负载特性试验研究

为了研究超声电机在真空环境下的驱动行为，设计了一套测试装置。通过该装置实现了对超声电机负载力矩的施加以及在真空环境下对超声电机转速、转矩的测量。试验结果表明，超声电机可以在真空环境下工作，但性能较常态环境下有所变化，其空载转速明显下降，堵转力矩有所增大。     

Principle and experimental verification of novel dual driving face rotary ultrasonic motor

Existing rotary ultrasonic motors operating in extreme environments cannot meet the requirements of good environmental adaptability and compact structure at same time,and existing ultrasonic motors with Langevin transducers show better environmental adaptability,but size of these motors are usually big due to the radial arrangement of the Langevin transducers.A novel dual driving face rotary ultrasonic motor is proposed,and its working principle is experimentally verified.The working principle of the novel ultrasonic motor is firstly proposed.The 5th in-plane flexural vibration travelling wave,excited by the Langevin transducers around the stator ring,is used to drive the rotors.Then the finite element method is used in the determination of dimensions of the prototype motor,and the confirmation of its working principle.After that,a laser Doppler vibrometer system is used for measuring the resonance frequency and vibration amplitude of the stator.At last,output characteristics of the prototype motor are measured,environmental adaptability is tested and performance for driving a metal ball is also investigated.At room temperature and 200 V(zero to peak) driving voltage,the motor’s no-load speed is 80 r/min,the stalling torque is 0.35 N·m and the maximum output power is 0.85 W.The response time of this motor is 0.96 ms at the room temperature,and it decreases or increases little in cold environment.A metal ball driven by the motor can rotate at 210 r/min with the driving voltage 300 V(zero to peak).Results indicate that the prototype motor has a large output torque and good environmental adaptability.A rotary ultrasonic motor owning compact structure and good environmental adaptability is proposed,and lays the foundations of ultrasonic motors’ applications in extreme environments.     

FORCE RIPPLE SUPPRESSION TECHNOLOGY FOR LINEAR MOTORS BASED ON BACK PROPAGATION NEURAL NETWORK

Various force disturbances influence the thrust force of linear motors when a linear motor （LM） is running. Among all of force disturbances, the force ripple is the dominant while a linear motor runs in low speed. In order to suppress the force ripple, back propagation（BP） neural network is proposed to learn the function of the force ripple of linear motors, and the acquisition method of training samples is proposed based on a disturbance observer. An off-line BP neural network is used mainly because of its high running efficiency and the real-time requirement of the servo control system of a linear motor. By using the function, the force ripple is on-line compensated according to the position of the LM. The experimental results show that the force ripple is effectively suppressed by the compensation of the BP neural network.     

新型大推力直线超声电机运动机理及实验研究

针对一种蝴蝶形直线超声电机,详细介绍了其定子结构,分析了超声电机运行中所利用的定子对称振动模态和反对称振动模态及其合成的振动形态。建立了定子运动学模型,并分析了驱动足的运动轨迹,推导出驱动足表面质点椭圆运动轨迹方程。研制了蝴蝶形直线超声电机原理样机,电机驱动频率为495kHz,在预压力70N条件下,空载速度为075m/s,最大推力可达16N,是定子重量的22倍,最高效率达42%。     

基于DASP的海水马达振动分析和故障诊断研究

基于DASP虚拟仪器测试平台,依托机械振动理论和设备故障诊断技术,结合海水柱塞马达振动信号采集及分析处理手段,搭建了海水柱塞马达的故障诊断实验系统。通过对海水柱塞马达在正常和故障两种状态下振动信号的时域分析与频谱分析,得到了海水柱塞马达配流盘“气蚀”损坏典型故障的识别特征,从而对柱塞泵/马达的故障机理和故障诊断有了更深入的了解。将基于DASP的测试技术应用于海水柱塞马达的振动测试,不仅能够获得海水柱塞马达振动的实时测试信号和振动特性图谱,还可获得振动机理分析所需的更高的测试精度和效率,在工程实践中具有较好的推广价值。