基于空间调相的环形行波超声波电机的幅相控制

介绍了一种采用空间移相代替时间移相,实现电机调速控制的新型空间调相环形行波超声波电机。设计了新型压电陶瓷极化分区方案,利用四个电源在超声波电机定子上激励出四个驻波,四个驻波两两具有相同幅值或相同时间相位;根据波形叠加原理,具有相同时间相位的驻波叠加成一个新的合成驻波,通过改变两个原始驻波的幅值关系使合成驻波在空间的位置发生改变,进而达到空间移相的目的;研究了电源幅值和空间相位角的关系,推导了新型超声波电机的波形及速度表达式;在研究了新型超声波电机的幅值控制和相位控制的基础上,设计了空间调相环形行波超声波电机的的幅相控制方案。仿真及实验结果验证了理论分析。     

工作电压下超声波电机阻抗特性测试

超声波电机在不同电压激励下频率阻抗特性也会不同,而一般测试都是通过LCR测量仪器测量小电压(5 V)情况下阻抗特性,这和实际电机工作时有较大差别.介绍了一种在工作电压下测试超声波电机阻抗特性的方法.给出了测试系统结构图,利用NI的PXI模块仪器建立了系统,并测试实际电机在不同电压激励以及不同激励方式下的电机阻抗特性,为进一步进行超声电机模型分析提供了借鉴.     

超声波电机速度与定位控制系统

由于超声波电机复杂的非线性关系，常规的控制方法根本不能满足其控制需求。该文提出了一种新型的超声波电机控制系统，即运用模糊自适应PID的控制策略来进行速度控制，并且在设定位置附近切换成PID的控制策略进行定位控制。由于综合了模糊控制及PID控制两种控制方法的优点，而不需要精确的数学模型就能够对超声波电机进行快速精确的控制。实验证明，利用该控制系统对行波型超声波电机进行速度与定位控制，其速度的快速性与定位的精确性可以得到保证。     

圆柱定子三自由度球转子超声波电机的轨迹运动方程

圆柱定子3自由度球转子超声波电机利用一个定子的3种共振模态的两两叠加、合成，分别驱动一个球转子的3个自由度的旋转运动，三相同时激励时的轨迹运动方程是实现球转子预期轨迹控制的关键理论模型。在定子3种不同模态的有限元分析基础上，该文推导了圆柱定子3自由度球转子超声波电机在3相同时激励时的运动轨迹及传递机理，并对不同激励条件下的轨迹运动方程进行了分析、对比，为提高圆柱定子3自由度球转子超声波电机的定转子传动效率和进一步定量分析动力传递方式，定子优化设计，以及球转子的轨迹控制策略奠定了理论基础。     

基于不对称振动模态的毫米级直线超声波电动机的研制

介绍了一款微型直线超声波电动机的研制。该电机利用两个频率不相等的不对称弯振模态工作,可以实现单相驱动和两相驱动。建立了电机定子的运动学模型,分析了在单相、两相驱动下定子驱动质点的运动轨迹,推导出其椭圆运动轨迹方程。利用有限元对在不同频率驱动下定子驱动点的运动轨迹进行了仿真,检验了电机运动机理分析的正确性。制作了微型直线超声波电动机样机,该电机定子的尺寸仅为1.72 mm×1.72 mm×6mm,在驱动频率为131.9 kHz、激励电压为40 V时,电机单相、两相激励时的空载速度分别为3.9 mm/s和4.9 mm/s。     

行波型超声波电机及其速度控制特性的研究

超声波电机是一种新型摩擦驱动器。由于它是利用压电陶瓷的逆压电效应形成的弹性波作为激励源,所以,该电机同传统的电磁式电机相比,具有小型轻量、无电磁干扰、响应速度快等特点,是微机械、医疗器械、航天航空等领域中理想的驱动器。本文阐述了行波型超声波电机的工作原理,并研制出直径４０ｍｍ的旋转式行波超声波电机的实验样机,作者分析了该样机的速度控制特性,提出ＰＷＭ是行波超声波电机理想的控制方式。     

直线超声电机驱动信号分析及其微步距输出特性研究

为了充分利用直线超声电机响应快、分辨率高的特点,并实现电机的微步距控制,研究了激励信号对电机微步距输出特性的影响。首先,通过分析电机的瞬态特性,研究了电机单步距作动过程;其次,为了实现电机激励信号的精确控制,分析了双PWM拓扑结构超声电机驱动器的工作原理,并通过实验对驱动器关断控制进行了研究;最后,分别研究了激励信号周期数、激励电压峰峰值和激励时间间隔对电机微步距特性的影响。实验结果表明,当驱动器采用具有泄放回路的零相位关断时,能够实现激励信号的精确控制。当以激励电压作为参变量,激励时间间隔大于10ms时,电机微步距特性曲线具有较强的线性特性,有利于电机微步距控制;激励时间间隔小于3ms时,能够有效降低电机平均速度,实现低速控制。     

T型直线超声波电动机的运行机理及其特性分析

提出了一种新型T型直线超声波电动机,利用PZT d31模式激发压电双晶悬臂梁产生纵向振动,并通过驱动足与滑条间的摩擦作用带动滑条作直线运动。研究了电动机结构和运行机理,采用有限元方法对T型直线超声波电动机定子进行了建模和分析;利用冲量定理和力平衡原理建立电动机定子和滑条接触面力传递模型,仿真分析了不同预压力作用下电动机的速度-推力输出特性,实验验证了仿真分析结构的正确性。实验结果表明,在激励电压幅值Vpp为200 V和激励频率为23.75 k Hz作用下,电动机在预压力为50 N时的空载直线速度达到250 mm·s-1,在预压力为200 N时的最大推力达到7.6 N。     

双π型压电超声波直线电机

作者首次提出并研制了一种双π型结构的驻波型压电超声波直线电机。本文系统介绍该新型电机的结构特点、工作原理、分析设计方法以及驱动控制方法,并通过原理样机的实验研究证实其合理性和可行性。     

一种新型双馈风力发电机无速度传感器的控制方式

风力发电系统中的转速传感器常常会带来一些不利的影响。文中介绍了一种双馈风力发电机的无速度传感器的控制方法,利用风电机组转动惯量大,速度变化慢的特点,通过测量转子的感应电动势,控制转子侧变流器给转子注入相应频率与相位的电流,从而控制电机的转矩与无功。文中推导了电机的控制方程式,给出了控制框图。通过仿真与实验,验证了该方法可以用于双馈风力发电机的控制。     

双向驻波型直线超声波电动机

提出了一种结构简单、驱动方便的双向驻波型直线超声波电动机,介绍了该电机的基本原理,在AN-SYS计算分析的基础上进行优化设计,并研制了相应样机验证了上述思想。     

基于有限元法的驻波型直线超声波电机振动特性分析

采用有限元法研究一种驻波型直线超声波电机的振动特性。建立了电机的三维有限元模型,在有限元模型的基础上对电机进行模态分析,得到了电机横向一阶弯曲振动的共振频率,并分析了驱动足的位置对共振频率的影响。在模态分析的基础上,给电机通以高频交流电进行谐响应分析,研究电机在外加电源作用下的横向弯曲振动的振幅以及驱动足尖的运动轨迹。制作了驻波型直线超声波电机样机,对样机进行阻抗-频率特性测试,测试结果验证了理论分析结果。     

计及动子振动的直线超声波电机驱动性能分析

文章研究了动子的振动对驻波型直线超声波电机驱动性能的影响。在传统驻波型超声波电机的驱动机理的基础上,通过在定子的不同振动阶段建立动子振动时的驱动力数学模型,研究了动子振幅对驻波型直线超声波电机驱动性能的影响。理论分析表明,动子振幅越大,电机的驱动性能下降越严重。在此基础上,文章通过采用U型结构动子,并附加阻尼的方式,有效的降低了动子振幅,提高了电机的输出。有限元分析证明了动子的减振效果,实验证明了理论的正确性和方案的可行性。     

微型直线超声电动机发展与研究现状

概述了直线型超声电机的运动机理和特点，分类总结了国内外行波型、驻波型、复合振子型、仿生步进型等四类典型直线型超声电机的发展及其研究现状，指出了直线型超声电机在理论建模、运动控制、工程应用等方面存在的问题和研究内容，以及发展方向。     

基于ANSYS的径向驻波型超声波电机设计与分析

研究了一种采用径向振动的驻波型超声波电机。首先分析了电机的结构,然后利用有限元分析软件ANSYS建立定子有限元模型,基于该模型分析了压电陶瓷的结构尺寸对定子振动特性的影响,进而确定了定子的结构尺寸,并进一步分析了定子的瞬态响应特性。最后根据理论分析结果试制了样机,对样机进行了试验测试,测试结果表明,所设计的电机具有较好的输出性能。     

行波超声波电动机混沌建模与分析

作为一个复杂的非线性动力学系统,在一定的参数范围和外部输入条件下,行波超声波电动机系统存在复杂的混沌运动,但至今未见相关研究。在建立行波超声波电动机非线性混沌分析模型基础上,分析行波超声波电动机转速控制系统的Lyapunov指数谱、分岔图及电压相对于转速的轨迹图等非线性运行特性,为超声波电动机的混沌控制及反控制研究奠定了基础。     

Mechanism analysis and output characteristics experiments of an ultrasonic motor with circumferential surface drive

A kind of ultrasonic motor, whose rotor is driven by stator’s inner circumferential surface, has been designed and fabricated. The paper has analyzed the stator deformation characteristics under bending mode by using finite element method, identified the motor’s working mechanism with two-phase voltage drive, and studied the different functions of tangential and radial displacements of the stator’s inner circumference small teeth under bending mode and pointed that the above mentioned displacements along two directions of small teeth could drive the rotor continuously with single-phase voltage. The paper has discussed the motor’s rotary direction reversing and put forward a concrete scheme of reversing with single-phase voltage drive. The mode of the stator was obtained by experiment. Under two-phase and single-phase voltages, running experiments of the motor have been accomplished and the corresponding characteristics curves have been drawn. Taken above analysis result as driving mechanism, a kind of thin-type standing ultrasonic motor can be developed further.     

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。     

直线超声波电动机控制技术

综述了直线超声波电动机控制策略研究现状及其发展趋势,简要介绍了由专用DSP控制器组成的主从式控制系统,模糊神经网络控制与传统的控制相结合为控制策略,将是直线超声波电动机控制的发展方向。     

压电超声波马达发展现状及研究方向

阐述了超声波马达和传统电磁电机相比较的优点,对目前超声波马达发展概况和研究现状进行了详细分析,指出日本超声马达研究及应用主要在民用消费品领域,欧洲各国发展重点在高精仪器驱动方面,美国超声马达研究重点在航天领域和军事应用。分别对典型的行波马达、驻波马达、大力矩马达、多自由度马达、微马达以及非接触马达的原理、特点和性能进行了介绍,指出了现阶段超声波马达研究方向在于精确建立数学模型、设计新型马达结构、提高陶瓷材料和摩擦材料性能及改善控制手段等方面,从而全面提高超声波马达寿命和性能,扩展马达的应用领域。