超声电机的定子振动测试与分析

超声电机（Ultrasonic Motor,简称USM）是近二十年发展起来的一种全新原理的电机。基于虚拟仪器、硬件传感器及计算机搭建了超声电机的测试平台,通过数字滤波等处理和频域分析,实现对超声电机的重要元件（定子）振动信号的检测与分析。从系统硬件选择、软件设计及试验测试几个方面进行了详细论述。经试验证明,该系统结构简单,可以稳定运行。     

超声电机温升特性测试系统设计

针对超声电机温升特性测试的需要,设计了一套测试系统。测试系统包括铂电阻温度传感器、温度变送电路、MSP430单片机和PC机。测试系统采用LabVIEW作为上位机开发软件,通过RS232串行接口实现PC机与MSP430单片机的通讯。测试系统可实现电机温升数据的实时采集,可靠性高和实用性强。开展了针对某型航天用超声电机温升特性测试,获得了电机表面温升数据。试验证明,超声电机在-30～+50℃不同环境温度下,温升基本稳定,运行温度在允许范围内,满足航天设备的特殊性。     

超声电机寿命测试的方法研究

介绍了超声电机寿命测试的原理和试验方法。利用计算机并行接口实现了对超声电机转速、运转周数和运转时间等数据的实时采集和对超声电机运转、停止的控制。该方法成功地应用于南京航空航天大学TRUM系列行波型超声电机的寿命试验。经测试，TRUM系列行波型超声电机的使用寿命达到了300h。     

应用组态软件的超声电机运动参数测试系统

将组态软件、数据采集控制模块与超声电机驱动系统相结合,构建了基于组态软件的超声电机测试系统.该系统能稳定实现超声电机运动参数的测试和计算机定位控制.测试结果表明,该系统操作简单,测试的数据可靠,定位控制准确.     

应用于精密数控机床之超声电机

为了提高数控机床运动高速和高精度的要求,根据数控机床驱动的要求,结合超声电机具有响应速度快,定位精度高,体积小,无需减速齿轮可以输出低速等特点,分析了应用超声电机作为数控机床的驱动电机的可行性,通过分析了超声电机的运动原理。得到控制超声电机参数,通过试验讨论了作为数控机床进给驱动的超声电机控制方法,包括速度、位置反馈控制方式。     

应用于精密数控机床的超声电机

为了提高数控机床运动高速和高精度的要求,根据数控机床驱动的要求,结合超声电机具有响应速度快,定位精度高,体积小,无需减速齿轮可以输出低速等特点,分析了应用超声电机作为数控机床的驱动电机的可行性。通过分析了超声电机的运动原理,得到控制超声电机参数;通过试验讨论了作为数控机床进给驱动的超声电机控制方法,包括速度、位置反馈控制方式。     

基于虚拟仪器的直线超声电机机械特性测试

针对直线超声电机机械特性测试问题,建立了基于虚拟仪器的直线超声电机机械特性测试系统。设计了力与速度测试系统,为测试的直线电机提供加载,配置的压力传感器与直线型光电编码器分别用于电机输出力与速度的测量,利用虚拟仪器技术搭建了测试硬件平台。利用虚拟仪器编程语言LabVIEW对各个模块进行软件设计,以实现各自的功能。利用该系统对杆式直线超声电机和双变幅杆V形直线超声电机的机械特性进行了测试,测试结果证实该测试系统的可行性,为直线超声电机机械特性测试提供了所必需的条件。     

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。     

超声电机在真空高低温环境下的驱动性能

为了对行波型旋转超声电机在同向负载下的驱动性能进行测试,并研究真空高低温环境对电机驱动性能产生的影响,设计并搭建了一套测试系统,从而实现了对超声电机转速和负载扭矩的测量,并对测试设备采取了控温措施,保证设备在高低温环境下的测试精度不会下降。试验结果表明,利用该系统可获得有效测试数据,得到超声电机在真空高低温环境下的驱动性能曲线,并将其与常温常压环境下的曲线进行比对,可以看到真空高低温环境对超声电机在同向负载下的驱动性能产生了一定影响。本研究成果为超声电机在航天领域的广泛应用奠定了可靠基础。     

超声电机多参量高精度测控系统的研制

为了克服传统超声电机测控系统参数调控不灵活、特性测试分析不全面、控制算法效率低等问题,本文介绍了一种能对超声电机主要机电参数进行测量和控制的实验系统。依据超声电机参数特点与输入输出特性提出了测控系统总体方案。针对变预压力特性与温度特性难以快速获取的问题,设计了以电动缸为出力源的预压力施加装置和以薄膜热电阻为敏感源的界面温度采集装置;针对高频激励信号难以灵活产生和实时采集的困难,设计了多参数可调的驱动与采集电路;针对电机特性测控低效、过程不够规范的问题,形成了标准化测控流程,尤其是提出了能够精细化分析瞬态特性的同步采集和控制流程。测试结果表明,本系统覆盖了超声电机主要的8项控制参数与13项状态参数,能够实现控制参数的在线精确调控与状态参数的快速测量,测试效率较传统的超声电机测控系统提高了30%,为超声电机的动力学建模、特性评估及运动控制算法研究提供了较为完善的测控手段。     

驻波型超声波电机及其驱动系统的实验研究

根据振动理论和单相驱动驻波超声波电机的运行机理，进行了该类型超声波电机样机和驱动系统的设计。通过实验，分析了谐振频率、输入电压和预压力时电机特性的影响。     

机械系统协同仿真环境中的统一仿真模型研究

提出了应用于机械系统产品性能协同仿真环境的统一仿真模型(unified simulation model,USM)方案,对USM进行了定义,分析了其基本组成元素,重点研究了USM的3种视图及视图间的转换技术,论述了在协同仿真环境中USM的运行机制,最后通过某悬挂系统为例对USM进行了验证。USM技术为协同仿真环境的仿真对象、仿真数据和仿真流程的模型统一提供了有效的方法。     

2m望远镜主轴交流伺服控制系统设计

为了满足2m口径望远镜低速跟踪精度的要求,本文主要介绍了基于永磁同步力矩电机的望远镜交流伺服控制系统设计方法,首先,辨识出了系统结构的频率特性曲线;其次,根据系统的频率特性曲线设计了结构滤波器,以减小结构模态引起的谐振幅值;然后,根据系统的控制性能指标要求,设计了位置回路控制器和前馈控制器,以提高系统的位置跟踪性能;最后,在设计的硬件平台上进行了望远镜转台的低速控制实验。实验结果显示,当望远镜跟踪斜率为0.36″/s的位置斜坡曲线时,速度平稳性较好,位置跟踪误差RMS为0.006 1″,实现了极低速度跟踪的效果;在速度为5°/s,加速度为2°/s2条件下的正弦引导最大误差值为0.3″,稳态误差RMS值为0.066″。实验结果表明,2m口径望远镜交流伺服系统的设计满足了系统跟踪精度的要求,为大型望远镜交流伺服控制系统的设计提供了一定的参考。     

超声波电机摩擦和磨损特性探究

超声波电机是以摩擦力作为驱动源的新型电机。阐述了其摩擦磨损机制,从力学的角度分析了超声波电机产生非线性的原因:一是定子与转子之间基于摩擦的非线性接触,使得超声波电机系统具有跳跃、滞后等特性;二是温度、磨损等导致电机材料特性和电机输出特性的变化。指出只有提高超声波电机的线性度和稳定性,才能提高它的输出功率,延长其使用寿命。     

微细电火花三维成型加工控制系统的研究

构造了一个可实现纳米级微量进给的运动平台,并对该平台的控制技术进行了研究,提出了数字PID结合双向静差补偿策略.该补偿策略作为微细电火花加工控制系统的组成部分,大大提高了运动平台的运动精度.实验结果证明此系统运行良好,具有响应时间快、平稳超低速和超高分辨率的优点,达到了微细电火花加工的要求.     

基于超声电机的微机械臂系统

针对传统电机驱动机械臂体积大、重量重、定位精度低的缺点,研制了基于超声电机的以DSP控制的微型机械臂系统。该系统主要由机械结构和控制系统组成。机械结构由支架、机械臂和系统升降台等组成,控制系统由上位计算机、超声电机及控制器组成。本系统的实验结果表明：采用PI控制器对超声电机的控制,在微米尺度下可以达到较高的精度要求。     

超声电机基于模糊-PI技术的位置控制

通过超声电机的工作原理分析,选定驱动频率作为其速度控制变量。将模糊-PI技术用于超声电机的控制。其中,PI控制在于减小稳态误差,模糊控制旨在实现电机快速定位。为设计模糊控制器,选定位置偏差和转速为其输入变量、驱动频率为其输出变量,并分别以三角、高斯型函数定义了输入、输出变量的模糊子集;根据电机手动操作经验,建立了超声电机模糊控制规则;基于GO-400控制卡构建控制系统,实现了电机控制;实验结果表明模糊-PI技术可实现超声电机快速高精度(偏差≤0.17°)定位。     

双定子-双转子型大力矩超声波电机的研制

针对单定子-单转子环形行波型超声波电机的输出力矩小,无法满足大力矩驱动应用要求,提出了采用双定子-双转子结构构造大力矩超声波电机的思想。在保证驱动电源和定子直径不变的条件下,通过增加电机轴向长度,采用单轴共轴的形式将两个转子的力矩并联输出,达到提高电机输出力矩的目的。采用基于结构摄动理论的结构修改法对新型电机两定子的工作频率进行了调谐研究。实验结果证明,新型电机的两定子的谐振频率具有良好的一致性,堵转力矩达到1.1N.m,较同型号的传统超声波电机堵转力矩增大近一倍,表明该电机具有较好的输出性能和实际应用前景。     

具有低速锻冲特性的机械压力机工作机理

通过对斯蒂芬森六连杆机构滑块产生低速运动机理的分析,指出机械压力机滑块能否产生低速运动主要是由连杆曲线是否具有低速运动段所决定的。生成具有低速运动段的连杆曲线的条件是铰链四杆机构的连杆的长度应该比较短,摇杆的长度应该和机架长度接近或相等,生成连杆曲线的P点应该在距离瞬心C点很近的位置。滑块产生低速运动的关键参数是连杆的长度和P点到瞬心C点的距离。以公称压力为2 MN的JH23-200型机械压力机的技术参数为依据,设计出了斯蒂芬森六连杆机械压力机。该机械压力机与同规格的原机械压力机相比较, 其低速锻冲特性有了明显的提高。