内箝位/外驱动型压电精密步进旋转驱动电机研究

提出一种新型的压电精密步进旋转驱动电机。该驱动电机以仿生运动的原理，以压电陶瓷叠堆为动力源，采用定子内侧箝位及转子外驱动的方式和薄壁柔性铰链微变形结构，提高了该驱动电机箝位的稳定性和步进旋转的稳定性。通过静力学有限元分析和动力学分析，较深入的研究了该驱动电机的运动特性。研制的压电精密步进旋转驱动电机能够实现高频率(40Hz)，较高速度(325mrad /s)，大行程(>360°)，高分辨率(1mrad/step)，较大驱动力(30N×cm)等特点，提高了压电精密步进旋转驱动电机的驱动性能。该驱动电机在精密运动、微操作、光学工程、精密定位等精密工程中有广阔的应用前景。     

大行程纳米二维工作台的动态优化设计

为了减小直线电机的电磁推力波动,保证绕线动子与永磁定子有足够的偏心量,对大行程纳米二维位移工作台进行了动态优化设计研究。基于振动理论建立了工作台与上层板系统的动力学模型,并以此模型分析了工作台动力响应与上层板厚的关系,给出了优化设计结果。对工作台进行了全行程定位实验,实验结果表明,工作台可以在0～100mm范围内,实现10nm定位分辨率的快速、高精度定位,满足纳米测量的要求。     

基于音圈电机驱动的纳米级空气静压工作台设计

针对超精密金属切削加工开发了一款基于音圈电机驱动的纳米级空气静压工作台,阐述了它的工作原理、结构配置以及驱动与控制系统设计方法,并对它在空载条件下的定位性能和实际金属切削性能进行了测试与评价.实验结果表明,该工作台可实现1 nm级的定位精度,并可用于纳米级精度的金属切削加工.     

基于压电驱动的精密步进旋转电机

为了保证微小型电机的速度和承载能力,同时获得较高的运转分辨率,提出一种以压电叠堆为驱动元件基于尺蠖运动原理的新型精密旋转电机方案。电机结构中转子无绕线结构,定子采用柔性铰链双侧对钳方式交替对转子起到钳位作用。对电机工作原理进行了分析研究,采用MSC Patran/Nastran有限元软件对机械结构进行了仿真分析,并对所开发的电机样机进行了实验测试。测试结果与理论分析结果基本相符,所开发样机的旋转速度可达3308．6μrad/s、输出扭矩为0．294N·m、单步最小转角(旋转分辨率)为 0．206μrad。电机性能稳定可靠,可望在光学工程、精密工程等相关领域得到应用。     

Heason推出FBZ075—10陶瓷电机工作台

2011年7月12日-Heason Technology为其FB系列紧凑型纳米级定位装置增加了一个Z-wedge垂直平台。垂直平台补充了一个模块化、紧凑型的系列线性、旋转和测角平台,提供在全6自由度上的多轴和纳米量级移位。     

高速大推力直线型超声电机的设计与实验研究

提出并试制了一种利用2个纵向振子的直线型超声电机。电机定子上两振子对称分布,头部分别和前端盖联接在一起,2个驱动足位于前端盖上。利用定子的对称和反对称振动模态,在驱动足上形成椭圆振动轨迹。对称振动产生驱动推力,反对称振动产生法向压力。采用有限元方法进行了谐振频率对结构参数的灵敏度分析,确定结构参数使定子的两相谐振频率一致。为了获得高速和大推力,驱动头选用硬铝材料,后端盖选用黄铜,压紧螺栓选用镀铬高强度钢材料。在预压力为70 N下,样机的空载速度0.75 m/s,最大推力16 N,是定子重量的22倍。     

微型超声电机驱动及其优化研究

针对某微小型超声电机驱动要求,设计直流升压变换器,采用小型微控制器产生信号相位差90度的驱动信号.基于该微小型超声电机的电容性负载特性,采用RC放电回路设计了电机驱动电路,分析了驱动电路电压波形参数对驱动性能的影响,得到了最佳驱动电路参数.采用电路仿真软件对所设计的电路进行仿真验证.针对电机驱动电路工作中的低效率,进行...     

剪切干涉仪精密相移系统的研制

设计了一种用于迈克尔逊干涉仪横向剪切相移测量的精密相移系统。该系统采用压电陶瓷驱动器作为驱动元件,通过柔性铰链平移机构推动反射镜实现无摩擦、无间隙微位移。采用电容传感器进行位移反馈测量,利用单片机系统作为中央处理器进行PID闭环控制以实现高精度相移。对相移系统的行程及定位精度进行了测试,当输入阶跃位移信号为80nm时,相移系统输出位移精度小于3nm。当相移系统连续位移2μm,每步位移为80nm时,其输出位移的定位精度小于5nm。实验结果表明,相移系统的行程与定位精度满足剪切干涉仪设计要求。     

用于大范围纳米级压电微动台的驱动控制系统

介绍了一种基于尺蠖运动原理大范围纳米级步距压电微动工作台。根据其运动原理特点,设计完成了该压电微动台的控制系统。在电压控制下,利用压电陶瓷的逆压电效应,通过机械装置将压电陶瓷的微小位移输出,达到精密定位的目的。最后对该控制系统进行了性能测试。实验表明,该控制系统所产生的三角波、方波信号纹波电压小,信号稳定,其中放大电路部分放大倍数为57,能够驱动所选用的压电陶瓷,满足微动台驱动要求。     

高效环形行波超声波电机设计方法研究

为了求解环形超声波电机的复杂模型,预测并分析其动态特性,提出用ANSYS 8.0构造电机的振动和摩擦模型。通过特征参数的计算,将其等效为简单的电路;经导纳-频率特性的动态仿真,可实现机械与电学特性的有机融合;既便于设计参数的优化和性能分析,又满足了工程上的精度和效率要求。经实验和产品开发检验,其研发工作量约为传统方式的1/2,而特征参数的设计误差却低于3%。     

一种超声波电动机直线平台的研究

设计制作了一种双定子直线型超声波电动机，进行了定子的优化设计及振动模态分析。介绍了一套使用该电机直接驱动的一体化工作台。对预压力的施加方式和预压力与推动力之间的关系进行了研究。实验结果表明，该平台能够实现平稳往复运动。     

基于极点配置的直线电机运动控制器设计

为了提高精密工作台的轨迹跟踪精度和动态响应性能,基于辨识出的控制对象离散化模型,利用极点配置方法设计精密工作台运动控制器的前馈环节和反馈环节,构成具有两自由度结构的精密工作台运动控制系统.通过实验,与PD 加速度前馈的控制方式相比较,精密工作台静态定位误差提高了0.5μm;当精密工作台以120mm/s匀速运动时,轨迹跟踪精度提高了2μm,定位建立时间缩短了10ms.表明,采用极点配置方法设计的运动控制器具有较好的动态响应和轨迹跟踪性能.     

方环形直线驻波超声波电动机振子的动态设计

利用有限元分析软件对方环形直线驻波超声波电动机的振子进行了动态设计，提出了一种环梁式双接触面的振子结构，该振子采用柔性铰链与支撑结构连接，实现力的输出。利用振子第9阶同频的两个正交的面内弯曲模态分别实现直线电机的正、反方向驱动。对影响振子模态及固有频率的主要结构参数进行了有限元数值分析。     

一种在线数据驱动的永磁直线电机优化设计

针对电机优化设计是一个非线性度高、强耦合、计算成本高的问题,文中介绍了一种在线数据驱动的电机优化设计方法。该设计方法采用kriging代理模型快速获得电机的近似数学模型,通过期望提高的在线加点策略实现高精度模型,结合多目标粒子群算法最终获得电机多目标优化的Pareto前沿。在线数据驱动的优化设计原始样本少,且能以最少数量的样本加点来改善模型精度,大大减少了计算成本。该法用于一台12槽10极永磁直线电机,结果显示优化的电机较原始其推力波动降低了64%且平均转矩提高了6%,计算周期缩短了60%。此优化设计方法同样适用于其它优化问题,具有一定的参考价值。     

基于永磁直线同步电机的光刻机掩模台鲁棒自适应神经网络控制

针对光刻机掩模台宏动永磁直线同步电机(PMLSM)提出一种鲁棒自适应神经网络轨迹跟踪补偿控制策略。该策略的主要特点是采用径向基函数(RBF)神经网络实时在线进行模型参数不确定性和各种外界非线性扰动的估计。为了验证策略的效果,建立基于参数不确定性和外界非线性扰动的掩模台宏动PMLSM模型,并针对此模型进行控制策略的规划、推导和稳定性理论分析,分析结果说明该策略可以保证位置和速度跟踪误差的收敛性。通过在光刻机掩模台上进行的五阶S曲线跟踪控制实验验证了此控制策略的实际控制效果,实验结果显示跟踪准确度达到了满意的效果。由于此控制策略的最大优点是不需要对实际物理系统参数和难于测量的外界不确定性扰动做精准的建模,所以非常适合应用在超精密运动控制领域。     

双级矩阵变换器驱动永磁同步电机的混合非线性控制系统

针对传统PWM变换器及PID控制器存在的很多缺点,提出一种基于双级矩阵变换器(TSMC)驱动永磁同步电机(PMSM)的混合非线性控制方案。首先,针对系统易受电网和负载扰动的问题,建立TSMC-PMSM系统整流器端口的受控耗散哈密顿模型(PCHD),证明其严格的无源性,设计TSMC-PMSM系统整流器端口的基于互联与阻尼分配(IDA)的无源性控制(PBC)器,并理论证明该闭环系统的稳定性;另外,针对转速外环PID控制器自我调节能力差的问题,利用自抗扰控制器(ADRC)非线性光滑反馈的特点,设计变积分系数PI-ADR非线性控制器。仿真和样机实验结果都表明,采用混合非线性控制的TSMC-PMSM系统具有良好的网侧性能、很强的抗扰动能力和很好的动、静态性能。     

直驱永磁电机绕组匝间短路故障研究

直驱永磁电机包括旋转结构与直线结构,其电磁负荷高,直接与负载相连接,电机的可靠性运行对系统安全非常重要,绕组匝间短路故障是其中一种重要的影响因素。本文以直驱永磁直线电机（PMLM）为研究对象,基于有限元方法分析了初级绕组匝间短路故障对电机性能的影响。首先介绍了直驱PMLM的拓扑结构与气隙磁场,分析了匝间短路对相电流与短路电流的影响,然后计算了短路匝数、短路位置对电机性能的影响,包括三相电流、短路电流、平均推力与推力波动,最后总结了匝间短路故障对PMLM性能的影响,为直驱系统的故障诊断与容错运行提供理论支持。     

永磁电机定子过盈量的优化设计研究

永磁电机定子装压过盈量会造成电机主磁场变化,使实际电机的性能偏离设计值。为了优化设计,依据铁磁学理论和磁路定律,研究过盈量对定子铁心产生应力、应变的影响,提出定子磁压降与过盈量的解析方程。以一台560 kW电机为研究对象,建立求解模型并进行仿真运算和试验,证实了求取最优过盈量的有效性。本文的分析结果对永磁电机优化设计提供了一定的借鉴意义。     

变频器驱动下ALA转子电机运行性能的实验研究

论述了ALA转子电机在VVVF变频器供电起动下发生振荡的原因,指出电机发生振荡是由于电机的电磁阻尼系数较小。借助步进电动机消除低频振荡的方法,通过在转子上加装机械惯性阻尼器,提高了系统的抗干扰能力,使电机的变频起动性能有了明显的改善。同时,负载性能实验也证明惯性阻尼器能够显著提高电机的负载能力。     

基于等效磁路法的新型双动子直线振荡电动机设计

在研究和开发空调用直线压缩机的基础上,提出了一种新型双动子直线振荡电动机。采用等效磁路法建立了其电磁场数学模型,分析了其系统振动特性。重点推导了这种新型直线振荡电动机主要结构和性能参数的计算表达式,分析和讨论了合理选择这些参数的要求和范围。样机试验与性能仿真分析表明,此种设计方法是可行的。