Analysis,measurement and control of a new disc-type ultrasonic motor system

This paper first presents an equivalent circuit model of a new disc-type ultrasonic motor and discusses its applications in evaluation of the stator’s frequency characteristics. The equivalent circuit analysis is based on the principle of ultrasonic motor operations and is conducted from the viewpoint of the mechanic vibration of the piezoelectric ceramic disk. Furthermore, because drift of the piezostator characteristics will cause variation of the motor speed, a controller is thus necessary in order to produce a constant output speed. In this research, the speed control scheme is implemented by using current modulation, so the revolutional speed will be kept constant. Meanwhile, the frequency behaviour of the proposed motor and its consequences on speed control scheme are discussed. Finally, a 3-D mechanical element with an extra electrical degree of freedom is employed to simulate the dynamic vibration modes of the linear piezoelectric, mechanical and piezoelectro-mechanic behaviours of a metal disc structure embedded with a piezoelectric actuator. In piezoelectric finite element formulation, a discretized equation of motion is developed and solved by using the integration scheme to explain why an adaptive boundary condition, a simple support condition with three non-equal-triangular (120°–90°–150°) fixed points near the edge for the mechanical design of a new disc-type piezoelectric ultrasonic stator, is defined so that a lateral elliptical motion of the contact point between stator and rotor can be realized for driving the rotor.     

超声无线输能通道的PSPICE等效电路研究

根据压电晶片厚度振动一维等效电路、传输线理论和超声传播理论提出一种PSPICE等效电路模型.该模型利用有损传输线可对压电晶片的机械损耗过程进行模拟仿真.利用该模型对超声无线输能系统声电转换通道进行了PSPICE等效电路建模和仿真,不仅得到了快速可靠的计算结果,而且简化了超声无线输能系统的电路设计过程.该方法为研究超声无线输能系统提供了有效可靠的理论和技术基础.     

压电振子复参数等效电路模型研究

为得到压电振子精确的等效电路,将等效电路参数设为复数,即每一电路元件参数包含实部和虚部两部分,其中实部部分意义与传统参数意义相同,而虚部部分表示相应的机械、介电及压电损耗。为得到等效电路参数,给出了等效电路参数与压电材料参数之间相互关系。通过仿真和实验两种方法对复数模型与传统模型进行了性能比较,验证了复数等效电路模型的有效性和精确性。     

压电超声无线能量传输通道阻抗特性研究

基于压电晶体沿厚度方向振动的数学模型,用等效电路法分析得到表面镀银的某型压电超声换能器的谐振频率和反谐振频率,与实测结果相符。在考虑耦合层影响条件下,建立了由外部压电换能器-金属壁-内部压电换能器所构成超声无线能量传输通道的等效电路模型,并仿真得到了通道的阻抗特性,与高精度阻抗分析仪实际测得的阻抗进行比较,验证了所建模型的准确性。     

异质结双极晶体管高频噪声建模及分析

提出了一个T等效异质结双极晶体管高频噪声电路模型.该模型是对通常用在硅双极晶体管中的Hawkins噪声模型进行改进得到的,主要的改进包括发射极理想因子、发射极电阻、内部BC结电容、外部BC结电容和其它寄生元素对器件噪声性能的影响.为了从等效噪声电路模型中计算出精确的噪声参数,采用了噪声相关矩阵法来计算噪声参数,从而避免了在等效电路变换中可能产生的简化和复杂的噪声测量.进一步利用该模型分析了等效电路元素对器件最小噪声系数的影响,分析计算结果和物理解释一致.同时通过基于异质结双极晶体管器件物理的公式,给出了器件参数对器件最小噪声系数的影响.     

自由振动压电振子的一种复参数等效电路

将复数概念引入到等效电路元件参数中,并以自由振动压电振子的一种常用振动模——纵向长度伸缩振动模为例,给出了一种复参数等效电路,并推导了等效电路参数与压电材料参数之间相互关系。等效电路元件参数的虚部表示压电振子机械、介电、及压电损耗。给出了由复参数等效电路模型作出的阻抗圆图与由振动理论给出的阻抗圆图以及由传统模型所作出的阻抗圆图。结果表明,新的复参数模型优于传统模型,是一种精确的等效电路。     

Modeling of a permanent magnet linear synchronous motor using magnetic equivalent circuits

This paper presents a modeling framework for permanent magnet linear synchronous motors based on magnetic equivalent circuits. In comparison to the commonly used dq0 model, the proposed modeling approach is able to systematically include magnetic saturation effects and has no restriction to harmonic motor quantities. In contrast to existing work, a differential magnetic equivalent circuit network is used to describe the stator quantities and the complete model is derived using a graph-theoretic approach. Furthermore, the resulting model is calibrated with measurements on a test bench and validated with additional measurement scenarios.     

用德拜极化电池模拟双电层电容器性能的测试技术研究

德拜极化电池作为一种双电层电容器模型的评估。其电路元件与发生在DLC内的化学反应有关，其参数值可通过DLC的交流阻抗测量并应用采用非线性最小二乘法定位技术的计算机程序加以处理来获得。研究了在不同直流偏置电平和制造过程中的电路元件值的差异，并将德拜极化电池在缓慢放电和脉冲负载中的性能与实际电路以及采用经典等效电路模拟的结果进行了对比。     

异质结双极晶体管高频噪声建模及分析

提出了一个T等效异质结双极晶体管高频噪声电路模型.该模型是对通常用在硅双极晶体管中的Hawkins噪声模型进行改进得到的,主要的改进包括发射极理想因子、发射极电阻、内部BC结电容、外部BC结电容和其它寄生元素对器件噪声性能的影响.为了从等效噪声电路模型中计算出精确的噪声参数,采用了噪声相关矩阵法来计算噪声参数,从而避免了在等效电路变换中可能产生的简化和复杂的噪声测量.进一步利用该模型分析了等效电路元素对器件最小噪声系数的影响,分析计算结果和物理解释一致.同时通过基于异质结双极晶体管器件物理的公式,给出了器件参数对器件最小噪声系数的影响.     

行波型超声波电机等效电路建模

该文在深入分析超声电机运行机理的基础上,从定子、接触区域和转子3方面建立了超声电机等效电路模型。综合现有超声电机等效电路模型的优缺点,考虑摩擦耦合对超声电机的影响,并结合转子振动方程,提出了摩擦层与转子的等效电路模型;对转子侧等效模型进行优化,使其与定子模型结合成完整的电机模型。基于所建立的模型理论,对等效电路进行仿真,仿真结果表明了转子对整个电机电气特征的影响。通过对实际超声电机的测试及其与仿真波形的对比,验证了所提出的行波型超声波电机等效电路模型的正确性,为进一步开展超声电机驱动器和控制器的设计提供了模型基础。     

基于声学黑洞的压电俘能结构系统仿真与优化

薄板结构中的声学黑洞(ABH)可降低弯曲波的相速度,同时增大振幅,在声学黑洞区域产生高能量密度和能量聚集效应,与压电俘能结构相结合,可提升能量转化效率。该文首先建立了基于声学黑洞的压电俘能结构的有限元模型,对比分析了均匀板及声学黑洞结构的动能密度及电压输出特性;基于有限元法推导了压电振子等效电路模型,并通过Multisim软件建立压电俘能全系统等效电路耦合模型,确定了负载电路最优电阻,提高系统俘能效率。     

A quasi-field equivalent circuit of an interdigital transducer of surface acoustic waves

A new equivalent circuit of a surface-acoustic-wave (SAW) interdigital transducer (IDT) is proposed. A method using this circuit for calculation of the device’s gain-frequency characteristic and impedance is described. The fingers of the transducer can be arbitrarily shaped and positioned. The electrode current is obtained via the rigorous calculation of the SAW-related charge in the piezoelectric substrate and of the charge induced by the former charge in the transducer electrodes. The method allows design of SAW devices with an arbitrary complex finger structure and a multilayer substrate.     

压电换能器等效参数测量方法对比研究及验证

目前通过导纳圆获取压电换能器等效参数的方法较复杂,导致阻抗分析仪成本高,结构复杂,体积大及便携性差。为了更简单准确地测量压电换能器的等效参数,该文从压电换能器等效电路出发,提出了两种通过给定4个特定频率即可直接推导出换能器等效参数的方法。方法一的算法简单,只需测量4个特定频率下换能器两端电压、电流有效值;方法二需要在此基础上获得电压、电流的相位差。通过仿真分析结果表明,方法一的测量误差较大;方法二与阻抗分析仪PV520A测量结果相比其误差小于1.5%,测量精度较高。     

横横式压电变压器的理论建模

与传统的电磁变压器相比,压电变压器具有高升压、无电磁污染等特点。由于压电变压器的工作原理复杂,除了Rosen型压电变压器,对于其他压电变压器的理论研究较少。对一种驱动部分以及发电部分都是横场模式的横横式压电变压器进行了理论研究。从Mosen等效电路出发,利用泰勒展开,建立了能反映压电变压器实际工作情况的集总式等效电路图;并在此基础上,给出了一种只用机械品质因数Qm、电学品质因数Qe及机电耦合系数k三个量来表征变压器电学性能的方法。由于Qm、Qe、k的测量方法早已标准化,尺寸、负载对变压器的影响可归结为Qe对电学性能的函数,因此有望简化设计过程。     

The modeling of thin-film bulk acoustic wave resonators using theFDTD method

The finite-difference time-domain (FDTD) technique has been applied to analyze electromechanical phenomena of thin-film bulk acoustic wave resonators (TFBARs) for the first time. To simulate several TFBARs that have one-dimensional (1-D) piezoelectric material variations, current-driven governing equations are discretized in spatial and temporal domain. The impedance characteristics are obtained by the proposed method and compared with the analytical solutions of the 1-D Mason model. Also, the values of lumped elements for the Butterworth Van Dyke (BVD) equivalent circuit are extracted. The results show that the proposed scheme has the potential to analyze the characteristics of arbitrary piezoelectric material embedded structures     

关断角控制型软启动器的简化分析与仿真

对于关断角控制型软启动器的三相晶闸管交流调压电路,将其等效为一个随关断角而变化的电抗,结合异步电机简化模型,得出软启动器主电路的等效电路。在此基础上,分析了关断角与电机定子电流、电磁转矩、最大电磁转矩和临界转差率的关系,进一步得到电机的启动电流可由关断角进行控制的结论。仿真结果验证了理论分析的有效性和可行性。     

An approach to determining an equivalent circuit for HEMTs

A simple way to determine a small-signal equivalent circuit of High Electron Mobility Transistors (HEMTs) is proposed. Intrinsic elements determined by a conventional analytical parameter transformation technique are described as functions of extrinsic elements. Assuming that the equivalent circuit composed of lumped elements is valid over the whole frequency range of the measurements, the extrinsic elements are iteratively determined using the variance of the intrinsic elements as an optimization criterion. Measurements of S-parameters up to 62.5 GHz at more than 100 different bias points confirmed that the HEMT equivalent circuit is consistent for all bias points     

液体媒质非接触型压电超声马达机理研究

介绍了一种液体媒质非接触型压电超声马达;这种马达的定子与转子是不接触的,且转子处于液体媒质中,定子压电振动所产生的能量通过定、转子间的液体传递给转子,从而驱动转子旋转,是压电超声马达的一个新的研究领域,文章给出了液体媒质非接触型压电超声马达的结构及驱动电路,对其运行机理进行了分析,并对目前存在的问题及进一步的研究方向作了阐述。     

圆盘形弯曲振动压电变压器等效电路及特性研究

本文将圆盘弯曲压电振子的分析方法通过适当的处理进而应用到圆盘形弯曲振动压电变压器的理论推导过程中,得到了该器件的等效电路,并通过实验研究验证了该等效电路的正确性.此外,文中的理论分析与性能测试还证明,弯曲振动压电变压器对于防止器件损坏、减小介电损耗、提高效率都有一定的作用.     

多普勒计程仪用换能器匹配技术的研究

介绍了多普勒计程仪中使用的压电陶瓷换能器和发射组件之间匹配的重要性,分析了压电陶瓷换能器的电学模型,研究了压电陶瓷换能器的电学匹配方式,给出了多普勒计程仪中发射器与换能器匹配的电路图,并给出了调谐元件所需值的计算公式.通过多次调试匹配后的换能器可工作在最佳工作状态,提高了激励功放的工作效率.