直线超声电机的研究进展

文中概述了直线超声电机特点、类型、驱动原理及其在国内外的发展研究现状，展望了直线超声电机的应用前景。     

直线型超声电机的发展及应用

概述了直线型超声电机的运动机理，综述了国内外直线型超声电机的发展及其研究现状，列举了一些典型例子，总结了直线型超声电机的应用领域。针对现在直线型超声电机在理论、实验、材料等方面存在的问题，指出了在其研究开发中需要解决的关键技术。     

超声电机中的非线性现象研究

研究了非线性现象对超声电机运行的平稳性、可靠性的影响，分析了超声电机在强电场作用下压电陶瓷材料特性的非线性现象、温度变化引起压电陶瓷特性的非线性现象和定子转子接触的非线性现象，以及驱动电路中的非线性现象等。在试验的基础上，定性分析了这些非线性现象影响电机性能的机理，从而提出控制这些非线性现象的建议，为进一步提高超声电机稳定性和可靠性建立了理论基础。     

双足型直线超声电机的设计及实验

研制了一种双足型直线超声电机；对其驱动机理进行了探讨，对定子表面质点椭圆运动的形成进行了分析；对定子进行了频率响应实验，分析了振子驱动足的运动干扰性。分别测定了电机的频率-速度关系、电压-速度关系、相位-速度关系。实验结果表明，双足型直线超声电机对制作工艺敏感系数小，易激发出有用模态，正反两向运动灵活，工作状态稳定，速度基本与输入电压成正比，可采用调压调速。     

杆式超声电机频率一致性设计关键问题研究

首先介绍了杆式多自由度超声电机及其工作原理,在此基础上,为提高该种电机其整机动力学输出性能,根据电机振子设计要求,用有限元方法建立了其结构动力学模型并确定了振子结构形式以及压电陶瓷片在杆式超声电机振子中的最佳安放位置;其次基于螺栓联接非线性系统,考虑摩擦、接触等非线性因素对杆式超声电机精确有限元建模。据此设计、制造了杆式超声电机原理样机,实验验证表明很好地满足了电机频率一致性设计。     

21世纪超声电机技术展望

首先回顾了超声电机技术在２０世纪国内外发展的情况,叙述了南京航空航天大学超声电机研究中心在超声电机研究方面的进展,其次预计了在２１世纪国内外市场对超声电机的需求,特别列举了超声电机技术将对我国国防和国民经济各部门起到的重大作用,最后论述了２１世纪超声电机技术的研究人员所面临的任务,针对我国在超声电机理论、实验和材料研究工作的现状,提出了２１世纪为发展我国超声电机技术急需解决的若干重要课题。     

基于DDS技术驱动的精密直线超声电机

研制了一台新型直线超声电机，测定了电机的频率一速度关系、相位一速度关系。基于DDS技术设计的驱动器能产生两相可调频率、可调相位差及可调幅值的正弦信号。采用调相、调频综合控制方法，构建了直线超声电机驱动的全数字位置控制平台。该平台可达到5μm的定位精度。     

超声电机微纳驱动参数调节机构设计

为解决超声电机驱动轨迹及微行程纳米定位的可控问题,设计了一种基于双压电陶瓷驱动的调节机构,将双压电陶瓷驱动与超声电机驱动轨迹及微行程纳米定位控制关联起来,并利用ANSYSWorkbench有限元分析软件对调节机构进行了分析。通过对双压电陶瓷施加0～54V调节电压的实验,证实了调节机构能够使超声电机驱动头在x和y两个方向上获得所需的微纳米调节功能,调节范围为,x方向±1.2～±2.36μm,y方向±4.0μm,调节分辨率1～2nm,满足超声电机对驱动轨迹及微行程纳米定位的参数控制要求。     

用于微型飞行器的高转速超声电机

为了探索和实现超声电机在微型飞行器领域的应用,提出了一种微型高转速超声电机。该电机利用定子的面外弯曲振动模态,依靠接触摩擦驱动转子旋转,进而带动与之固连的旋翼高速运转。定子主体由基板和碳纤维管组合而成,碳纤维管竖直安置于基板中心,具有放大定子基板振幅的作用,碳纤维管的两端锥面作为电机的驱动面来驱使转子旋转,激励原件为四分区的环状压电陶瓷。利用有限元软件Ansys15.0对电机定子有限元模型进行了分析,并对电机尺寸进行了优化,确定了定子的工作模式并模拟了定子驱动端面质点的三维运动轨迹。实验样机的机械特性实验结果表明,在驱动频率为30.9kHz、电压为350V_(p-p)激励信号下,电机最大转速可达到5 520r/min,产生的最大升力达到14mN。结果表明,该超声电机具有高转速、高稳定性的特点,为进一步应用于微型飞行器奠定了基础。     

ANSYS在超声波电机设计中的应用

为获得超声波电机的振动模态及谐响应特性,采用ANSYS有限元软件对直径为60mm的环形行波型超声波电机定子的振动状态进行了分析;在完成超声波电机定子建模的基础上,进行了电机定子的振动模态分析和最优模态选择,并在此最优模态附近进行了谐响应分析。分析研究结果表明,利用ANSYS软件对超声波电机进行分析被证明是一种行之有效的方法。     

V形直线超声电机定子的优化设计

介绍了V形超声电机的结构和驱动原理.利用有限元理论建立了具有复杂形状的V形超声电机定子的动力学模型,并对定子的动力学特性进行了求解.利用参数化语言APDL编程对电机定子进行相应的优化计算,优化了定子压电陶瓷的安装配置形式,提高了驱动端面质点的振幅.研究表明,优化后的定子结构满足了预期的设计要求,并且提高了计算精度和设计效率.     

基于Matlab GUI的超声电机控制系统串口通信研究

针对含超声电机的二元翼段颤振主动控制系统的状态响应以及各传感器信号反馈输入的监测与控制问题,对DSP的SCI模块和中断服务设置进行了研究,设计了基于RS-232通信协议和Matlab图形用户界面技术的串口通信数据监控界面。通过设置DSP控制器的SCI模块,把DSP控制器的SCI模块接口与PC机的串行口连接起来,成功地解决了控制系统中微处理器与PC间的通信问题,实现了DSP与PC之间数据的高速通信和信号的实时处理。利用二元翼段颤振主动控制系统对该界面进行了相关测试和性能评价。实验结果表明,该串口控制界面运行稳定,能够设置多种通信参数,通过与DSP系统SCI模块的数据通信能实时控制超声电机的启动与停止,包括控制律的切换以及快速准确地显示各传感器的振动波形响应曲线。     

超声拉丝有限元仿真研究

为了更好的了解超声波在拉丝加工的作用机理和塑性成形过程,以实际生产中常用的铜丝为例,建立了拉丝加工的三维有限元模型,首次利用ANSYS软件对常规拉丝和超声拉丝进行了有限元仿真研究,分得到了径向的变形曲线,拉拔应力,接触应力和摩擦应力的分布曲线.数据模拟结果表明,与常规拉丝相比,超声拉丝可以有效的减小拉拔力和摩擦力,改善产品的加工表面质量.     

超声复合变幅杆的设计与研究

在轴向超声振动钻削中,要实现整个声振系统的谐振,变幅杆的设计至关重要.为此就超声复合变幅杆的结构进行分析,设计制造出用于小直径超声振动钻削的复合变幅杆,并应用该变幅杆进行声振系统的试振,试振证明效果良好,能满足小直径深孔超声振动钻削的要求.     

基于有限元的立式电机机座的瞬态响应分析

应用Pro／E进行某立式电机机座的实体建模．分析机座的受力情况。应用有限元方法进行机座的瞬态响应分析．给出机座主要部件的变形曲线图．分析结构的动强度和刚度。     

基于PIC单片机的直流电机控制器研究

随着现代化生产规模的不断扩大,各个行业对直流电机的需求也越来越多,对其性能的要求也变得越来越高。因此本文利用PIC单片机为核心,研究设计了一套基于PIC单片机的直流电机PWM调速系统,本文先对设计思路进行了概括性的描述,并对系统的优越性及PIC单片机的特点进行了详细的叙述,在最后完成了软件设计。     

基于分布式网络负载服务器设计研究

本文设计开发了一款以Windows系列操作系统为基本平台,在多个服务器构成的网络分布式环境下实现的即时通信系统。系统基于TCP/IP协议,多个客户端、负载服务器和多个数据服务器构成分布式网络。系统信息通信的枢纽,连接到所有的客户端和服务器,对通信内容进行接收和定向转发,同时也监控各个服务器的负载状态,均衡系统性能。主要采用.net平台下的Socket网络套接字、多线程异步回调技术。     

超声电动机测试系统的研究

超声电动机技术参数的测量对其研究有重大意义,分析目前超声电动机测量的研究现状和存在问题,提出一种基于LabVIEW的测试系统构架,将是未来超声电动机测试技术发展的一个趋势和方向.     

新型惯性式直线超声压电电机的运动机理及实验研究

提出了一种新型惯性式直线超声压电电机.该电机利用压电晶体的逆压电效应和惯性位移原理,由定子的轴向变形,通过摩擦力的作用,以惯性位移的形式传递运动.它由两部分组成,定子由具有位移放大功能的压电复合换能器和轴组成,动子为一带有缺口和环形凹槽的环.分析了该电机的工作原理,并通过仿真和实验相结合的方法分析了两种激励方式对电机性能的影响.实验结果表明:样机采用方波驱动比采用锯齿波驱动的效果好;在采用方波驱动信号驱动时,样机的最大空载速度可达到11 mm/s,最大输出力达到0.5 N.