单相p型电机驱动机理及其结构设计

双相压电直线超声电机对驱动频率一致性要求高,给应用带来不便。单相驱动是解决上述问题的一种途径,单相驱动的直线超声电机设计要点是满足双向运动的驱动机理以及提高输出性能的结构设计。设计了一种新型的驱动足偏置的单相驱动双向运行的直线超声电机,功率传递路径短,推重比大。为研究电机驱动机理,建立了定子的有限元模型并对其工作模态、驱动足轨迹进行了分析;采用Ansys有限元对定子结构进行了优化设计并制作了原理样机进行了测试。测试结果表明,电机的双向运行性能良好,推重比大,有利于微型化。     

卧板式直线超声电机的特性分析模型

直线超声电机摩擦接触特性对电机性能的影响很大,直线超声电机的摩擦驱动机理往往不同于旋转超声电机,无法应用旋转超声电机的接触模型对其进行分析。针对一款卧板式直线超声电机,基于弹性接触理论建立了其摩擦接触分析及特性预估模型。该模型考虑了施加预压力后定子工作状态的改变,以及定、动子相对滑动速度差对摩擦力的影响。利用所建立的模型,对卧板式直线超声电机的机械输出特性进行了仿真计算,并分析了定子振动特性、预压力、接触界面摩擦特性、施加预压力弹簧刚度特性、驱动频率等参数对电机机械特性的影响。制作了样机,并对样机的机械性能进行了测试。试验结果表明,所建立的模型对直线超声电机特性的估算是有效的,可以为直线超声电机的设计和特性分析提供参考。     

夹持式双面齿型行波超声电机研究

针对传统行波超声电机单面驱动、输出力矩小以及激励电压与疲劳寿命受限于胶层强度等问题,设计了一种夹持式双面齿型行波超声电机.电机采用夹持式双面齿型定子和双转子结构,不仅可施加较高激励电压,而且可实现双面驱动.利用有限元软件对电机定子进行仿真分析,通过模态分析获得电机定子的B(0,8)阶弯曲行波模态振型及其谐振频率,并通过...     

基于Backstepping理论的直线牵引电机无速度传感器控制

在动态边端效应的作用下,直线牵引电机参数会发生显著地变化,导致无速度传感器控制性能恶化。该文以中低速磁悬浮列车直线电机为研究对象,利用backstepping控制理论和MRAS相结合的速度辨识方案实现高性能直线电机无速度传感器矢量控制。首先,给出以定子电流、转子磁链为状态变量的直线电机状态空间模型;然后,在状态空间模型的基础上引入附加状态变量,改写直线电机状态方程;利用backstepping控制理论设计含有校正项的直线电机观测器模型,并以观测器模型作为可调模型,以电机实际模型作为参考模型,建立速度辨识的模型参考自适应系统,并采用李雅普洛夫稳定性理论得到速度辨识算法。最后,对该方案进行仿真及硬件在环测试,结果验证了该方案的可行性。     

直线驻波型超声电机的接触分析和堵转推力模型

摩擦界面对超声电机的性能有至关重要的影响。文章针对一种基于面内振动的直线驻波超声电机,结合电机的工作振型,对电机的定、转子的接触过程进行了详尽的论述,建立了堵转情况下的最大输出力模型;并进行了仿真研究。通过仿真可以得出超声电机的堵转推力受定、转装配间隙的影响最大。在电机已完成制造的情况下。如要得到较大的堵转推力,可适当调整定转子的装配间隙。     

方环形行波直线超声电机的模态分析

为解决直线超声电机动态设计的难度,提出一种方环状直线行波超声电机振子。采用有限元数值方法分析了该种振子可以利用的面内弯曲模态,给出了对边两两激励的一种对称模式,并就所研制的振子模型,进行了实验研究。数值分析与实验结果证实了振子结构的可行性。该类振子的结构对称性为超声电机的动态优化设计提供了方便。此外,振子4个驱动梁的更换使用,可成倍提高超声电机的使用寿命。     

国内外直线超声电机的研究现状及关键技术

分析了直线超声电机的优点，按时间顺序介绍了国内外直线超声电机的研究状况，并给出了一些典型的电机形式及其工作原理；提出了当今直线超声电机研究中存在的问题及需要加强研究的关键技术。     

TFLSRM换相位置检测的滑模观测器研究

针对横向磁场直线开关磁阻电机(TFLSRM)的特殊结构,提出一种基于电机磁链模型的滑动模态观测器,用以估计直线电机的位置和速度。所提观测器无需附加任何机械部件,只需检测电机电压和电流即可估计出准确的位置和速度。运用此滑模观测器在直线电机运行工况下进行了仿真,结果证明采用这种方案能够准确估计出直线电机的实际位置和运行速度。     

一种应用正态分布理论的直线超声电机精密定位控制方法

针对直线超声电机在精密驱动过程中存在较强的非线性、时变性及控制模型复杂等问题,提出了一种基于正态分布理论统计直线超声电机驱动电压与速度/位移关系的方法,结合模糊逻辑控制技术,实现了对直线超声电机精密定位控制。利用宏微驱动控制模式对超声电机驱动的平台进行大行程、高精度定位实验研究,实验结果表明采用所提方法,当行程为5 mm时,稳态误差小于5 nm,能抑制系统的超调,改善系统动态性能。同时,由于直线超声电机动态保持力非常大,使得系统具有良好的抗扰动能力。     

双兰杰文振子V型直线超声波电动机的设计与实验

提出了一款由双兰杰文振子组成的V型直线超声波电动机,该电机通过两个兰杰文振子的纵振和弯振,在定子驱动足上形成椭圆运动,从而驱动直线滑轨对外输出直线运动。该电机使用了阶梯型超声变幅杆,有效地放大了定子驱动足处的振幅。介绍了电机的结构和工作原理,然后介绍了使用有限元法优化定子的方法,最后对实验样机进行了输出特性测试。结果表明,该电机无负载的最大输出速度206 mm/s,电机的最大输出力为10.5N。     

直线超声波电动机定子和夹持元件的一体化设计

提出超声波电动机定子和夹持元件一体化设计方法。该方法将V形直线超声波电动机的驱动足、配重块和夹持元件设计成为一个定子的整体结构,该结构由45#钢通过线切割加工而成。其中的夹持元件由柔性铰链构成,以代替弹簧元件起弹簧作用。有限元方法被用来优化定子的结构,以保证两相振动模态的一致性。试验表明,在激励电压为200 V和预压力40 N情况下,电机的最大运行速度为471 mm/s,最大输出力为15 N,定子质量为125 g,推重比达到12。     

Quick and precise position control of ultrasonic motor using hybrid control

The ultrasonic motor has an excellent level of performance and many useful features, including high torque, low speed, compactness in size, and absence of electromagnetic interference. This motor has an especially large holding torque and a high response characteristic, making it ideal for use as a servomotor. The drive principle of the ultrasonic motor is, however, different from that of electromagnetic motors and its mathematical model has not been developed yet. Its speed characteristics, moreover, vary with the driving conditions. Consequently, it is difficult to control the ultrasonic motor while maintaining performance. In this paper, a position control scheme using adaptive control is proposed. The utility and validity of the proposed control scheme is tested in experiment.     

Compensation of Zero-Current Clamping Effects in High-Frequency-Signal-Injection-Based Sensorless PM Motor Drives

This paper proposes an online compensation strategy for the unwanted disturbance voltage resulting from the zero- current clamping effect for high-frequency-signal-injection-based sensorless control schemes. We derive an analytical model that reveals intrinsic characteristics of the zero clamping effect for high- frequency signal injection. The model in this form is subsequently incorporated into the development of a specialized offline commissioning test to find motor inductances and a voltage distortion factor. From the sensitivity analysis of the effect on magnetic saturation, we confirm that the compensation error due to saturation has little negative impact on the proposed compensation method. The compensation result leads to an accurate position estimate in the zero-current clamping region. The proposed scheme does not rely on a complicated lookup table. Experiments demonstrate the superiority of the proposed method in suppressing the voltage distortions caused by the zero-current clamping effect.     

行波型超声波电动机接触模型的研究

以直径为60mm行波型超声波电动机为例，通过对电机定子和转子接触模型的研究，得到了一种考虑电机定子齿作用情况下的仿真模型。文章根据实际行波型超声波电动机结构参数对模型的求解，计算得到了电机的运行特性，结果与实际试验研究结果相近，证明了该模型的有效性。     

Compact size ultrasonic linear motor using a dome shaped piezoelectric actuator

This paper presents original results obtained in the development of dome-shaped actuator for a linear motor application. The main structure of compact ultrasonic linear motor presented in this paper consists of three parts, which were an actuating part, a shaft and mobile element. The actuating part was fabricated by powder injection molding (PIM) process. The linear motion of new-type linear motor was operated by the principle of inertia displacement. The actuating part combined with clamping ceramic element can be realized by the central movement of dome-shaped piezoelectric actuator (DSPA), which has the maximum displacement of the up-and-down movement. The linear motor, where DSPA was 9.86?mm in diameter, 4.6?mm in curvature of radius and 0.4?mm in thickness, operated at 1^st resonance frequency. The dynamic characteristics of the motor was investigated by finite element method (FEM) and compared with experimental results. These results were in good agreement with that predicted by simulations.     

QUICK AND PRECISE POSITION CONTROL OF ULTRASONIC MOTORS WITH TWO CONTROL INPUTS

ABSTRACT

Ultrasonic motor (USM) has an excellent performance and many useful features. Since this motor is superior in holding torque and high response characteristic, it has been expected to use as position servomotor for small motors.

There have been reported some mathematical models of the ultrasonic motor. however, these models are too complex to apply for control of the motor. Therefore position controllers based on PI control or fuzzy control have been proposed in recent years. It is difficult to control the ultrasonic motor with high-performance using such controllers, thus simple and convenient mathematical model is necessary for precise control.

This paper presents a new position control scheme of ultrasonic motor, it consists of a PI controller and an adaptive controller which compensates the speed characteristic variations with online parameter identification. Moreover, this system controls both driving frequency and phase difference in order to achieve a quick and precise position control. The effectiveness of proposed control.scheme is demonstrated by experiments.     

微型化矩形振子近似行波型直线超声波电动机

探索了在微型直线超声波电动机中实现近似行波驱动的途径,研制了一种外形尺寸为39 mm×6 mm×12.7 mm的环状矩形振子近似行波型直线超声波电动机。结合电机振子的有限元模态分析,阐述了依靠激发空间相位差为90°的两个正交弯曲振动模态,实现行波在环状矩形振子上被激发和传播的电机运动原理。使用7块压电陶瓷片来分别激发振子的两个工作模态。在振子底部设计了梳齿状结构,以放大振幅。利用有限元法进行结构设计,使两个工作模态的频率简并。通过激光测振,证实了电机振子设计方案的有效性。通过对实际样机的驱动齿旋向测试,初步证实近似行波的形成及传播的存在。初步的样机特性实验表明:在频率为66 kHz和160 V峰峰电压激励下,电机最大速度为162.5 mm/s,最大预压力负载为8.5 N。该电机初步达到设计目标。     

基于摩擦模型的超声波电动机速度控制

对超声波电动机使用PID控制方案时,首先要对系统的摩擦环节进行补偿,建立一个整体超声波电动机模型控制方案,然后再结合PID控制器进行控制。使用Z-N法得到了控制器的三个控制参数,实现基于LuGre摩擦模型的超声波电动机模型控制,通过仿真实验验证对比,证明了对超声波电动机摩擦补偿后使用PID控制算法的可行性和有效性。     

基于PSoC的超声电机小型驱动器

介绍了PSoC的特点,提出了一种基于可编程片上系统PSoC的超声电机小型驱动器的设计方法,详述了驱动器的硬件电路结构和完成相关功能的软件设计方案,并利用PSoC芯片CY8C29466作为主控制器设计了驱动器,用于驱动TRUM60型超声电机,实验结果验证了设计方案的合理性。与原有驱动器相比,稳定性得到了改善,电路更加简洁,元件数减少。