单定子三自由度超声电机位置控制的研究

介绍了单定子三自由度超声电机实现 3个自由度运动的原理 ,根据控制目标设计并实现了该超声电机的运动信号的检测结构 ,利用逐点比较法分解控制指令并采用模糊控制方法对电机进行了位置控制 ,取得了较好的结果 ,实验结果表明电机的输出轴在一定范围内能够精确地按照预定轨迹达到空间的任一位置     

圆柱-球体三自由度超声电机神经网络控制策略仿真

针对圆柱-球体三自由度超声电机难以建立精确数学模型的特点,设计了神经网络控制系统。该控制系统采用包含输入层、中间层和输出层3层网络的BP神经网络控制器。应用该控制器,实现了电机精确定位控制。结果表明,神经网络控制器的性能稳定,克服了常规控制存在的不足,得到了满意的控制效果。     

圆柱形多自由度超声电机特性的实验研究

从提高驱动效率、改善输出性能的角度出发,研制了一台新结构形式的圆柱形多自由度超声电机,对电机定子的工作模态和电机的输出性能进行了测试.电机定子的模态实验表明,无论是工作频率的一致性、驱动端的振幅,还是压电陶瓷元件与工作振型的相互位置关系,均较好地满足了设计要求.电机输出性能的测试结果表明,电机的输出转速和输出转矩得到显著提高,电机的性能体积比超过国外同类型、同规格的电机.     

单定子三自由度超声电机运动轨迹控制的研究

通过产测得出单定子三自由度超声电机单独绕各轴旋转的性能及其各轴之间运动的耦合情况。针对该超声电机的特性，提出了逐点比较法控制策略。实验表明，应用此控制策略。该超声电机输出轴能够到达空间任意位置，并能够精确地按照事先规划好的几种几何轨迹进行运动，完全能够实现预计的控制目标。     

圆柱形多自由度超声电机椭圆倾角和接触角的研究

定子驱动端面形成的椭圆运动是实现超声电机驱动的关键，因而椭圆运动的性质直接影响超声电机的性能。分析了圆柱形多自由度超声电机驱动点的椭圆运动轨迹及其特点。在此基础上给出了椭圆倾角的计算公式，分析了椭圆倾角与接触角之间的关系，得到了最佳接触角。提出了保证最佳接触角的方法。通过实验，分析了接触角对电机输出性能的影响。     

圆柱—球体三自由度超声电机运动机理研究

研制了一种新型的圆柱—球体三自由度超声电机 ,分析了该电机结构 ,推导了电机输出三自由度旋转运动的机理。该电机采用了三组压电陶瓷元件 ,可在定子上单独激出两个在空间上相互垂直的弯曲振动模态和一个纵向振动模态 ,当这些振动模态中任意两个组合时 ,在定子顶部的圆形平面上任一点产生的椭圆运动可驱动转子绕单轴旋转 ,两两组合即可形成对转子三个自由度转动的驱动。样机的实验结果证明了理论分析的正确。本文内容为该电机的进一步研究提供了理论依据。     

圆柱-球体多自由度超声电机设计的若干问题

首先介绍了圆柱 球体多自由度超声电机及其工作原理。在此基础上 ,从实现该种电机的运动和提高其输出性能的角度出发 ,提出了电机的设计要求。分析了振动模态、工作频率、工作振幅、压电元件的位置、安装支座的位置、定转子间的预压力、干扰模态对该种电机性能的影响 ,进而阐明了满足电机设计要求所采取的技术途径。     

多自由度球形超声电机的发展和应用

综述了国内外多自由度球形超声电机的研究现状及其应用场合,详细介绍了国内外目前已经发展的几种多自由度球形超声电机的结构、原理、性能和特点,针对原有的圆柱－球体三自由度球形超声电机的一些缺点提出了改进的结构方案,并指明了它在今后研究中需要解决的关键技术及其应用前景。     

多自由度超声电机设计与应用研究

设计了一种锥型结构的多自由度超声电机,电机定子采用单足驱动方式,利用四分区的叠层式压电陶瓷作为激励元件,在两路相位差90°的正弦信号激励下,驱动足分别产生沿X-Z平面、Y-Z平面的椭圆运动轨迹,进而驱动电机动子作直线运动。针对多自由度超声电机定子结构及实现2个自由度运动输出的要求,自行设计两自由度平台解决方案。     

多自由度超声电机研究的一些新进展

多自由度超声电机是从九十年代初开始研究的、在单自由度超声电机的基础上发展起来的一种新型电机。由于这种电机能提供两个或两个以上自由度的运动，且具有超声电机本身的独特优点，因而有广阔的应用前景。文中列举了几种最新出现的多自由度超声电机，阐述了它们的结构、工作原理和特点，为关注这方面发展动态的同行们提供参考。     

用于精密定位平台的直线超声电机的异步并联

提出了直线超声电机异步并联的概念以提高精密定位平台驱动单元的位移分辨率、输出力及速度.基本原理是若干定子(或振子)在一个振动周期内交替驱动动子(或转子),使实际的驱动频率成倍提高,可以获得更好的输出性能.分析显示,提高定子与动子之间的接触频率可以提高输出力和速度,改善瞬态响应特性,并可避免同步并联方式下定子的相互干扰问...     

运行于真空环境下的超声电机的速度测试与控制

超声电机是一种新型作动器,在航空航天、半导体加工等领域中有着广阔的应用前景。由于超声电机是利用摩擦传动,随着电机运行的时间增加,其温度不断上升,谐振频率随之漂移导致电机速度波动。特别是在真空环境下,由于缺少空气传导与对流换热,超声电机的温升较常态下更为明显。本文研制了基于单片机的速度测试控制系统,根据超声电机运行速度与其驱动频率之间的关系,利用模糊PI方法控制超声电机以期望速度运行于真空环境。实验结果表明利用该系统,可控制超声电机长时间稳定运行于真空环境下（最高真空度可达0.003pa）,速度偏差控制在1转以内。     

一种少自由度并联五轴激光切割机的设计与仿真

创新地设计了一种少自由度并联五轴数控激光切割机,对三维激光切割机产品设计提供了一种全新思路。运用ADAMS软件对机构进行了运动学仿真,其结果和方法能够为进一步的研究和产品化提供参考依据。     

应用超声电机的多关节机器人的设计与分析

主要设计了一个由超声电机驱动多关节机器人手臂。这种电机单位质量的转矩高,在低速下有大转矩输出,且不产生电磁干扰。利用ADAM S软件平台模拟机构的运动学和动力学,整体性能预测,结构模型优化,利用仿真结果重新设计手臂结构,为物理样机设计制造提供依据。     

超声波马达的真空和温度特性研究

研究了超声波马达在非常状态下的驱动行为,选取了5种工程塑料作为转子摩擦材料,利用真空试验机和自制的与其相匹配的超声波马达模拟试验台,采用对比试验方法,研究了接触预紧力、真空度和环境温度等对行波型超声波马达的驱动特性的影响。结果表明,随着预紧力和真空度的增加,马达的堵转力矩增加而空载转速下降;随着环境温度的增加马达的空载转速下降。运用声学理论分析了真空度对接触状态的影响,得出声悬浮作用使定子和转子的动态接触力减小的结论。在真空状态下,超声波马达的堵转力矩比常态下提高的主要原因是声悬浮作用降低引起定子和转子的动态接触力增加所致。     

新型惯性式直线超声压电电机的运动机理及实验研究

提出了一种新型惯性式直线超声压电电机.该电机利用压电晶体的逆压电效应和惯性位移原理,由定子的轴向变形,通过摩擦力的作用,以惯性位移的形式传递运动.它由两部分组成,定子由具有位移放大功能的压电复合换能器和轴组成,动子为一带有缺口和环形凹槽的环.分析了该电机的工作原理,并通过仿真和实验相结合的方法分析了两种激励方式对电机性能的影响.实验结果表明:样机采用方波驱动比采用锯齿波驱动的效果好;在采用方波驱动信号驱动时,样机的最大空载速度可达到11 mm/s,最大输出力达到0.5 N.     

平面并联2-DOF机构运动的计算机模拟逼近法

提出了用计算机模拟逼近法分析平面2-DOF机构的运动,运用该方法进行了运动分析。先采用CAD的几何约束、尺寸约束、尺寸方程和尺寸驱动技术,构造2-DOF机构的模拟机构。再用两个相同且彼此靠近的模拟机构,构造速度模拟机构,求解机构上确定点的速度和角速度。最后用两个相同且彼此靠近的速度模拟机构,构造加速度模拟机构,求解机构上确定点的加速度和角加速度。计算机模拟结果与解析法的结果比较表明,该方法具有简单、快捷、直观、求解精度高的优点,而且可以完成复杂机构的运动分析,为平面连杆机构运动分析提供了更有效的工具。     

超声电机速度与位置的高精度控制

由于超声电机压电材料、摩擦材料、接触界面的非线性,速度平稳性和位置控制精度不高,这在一定程度上制约了它在高端精密装备中的应用。本文介绍了一种实现超声电机速度、位置高精度控制的方法。从连续运动与步进运动两个维度分析了超声电机的速度调控机理,阐明了速度波动的误差来源,建立了以幅值、频率为输入量,融合稳态环节与动态环节的速度模型。为了准确预测步进位移量,建立并辨识了启动-关断两段式二阶速度模型;接着采用双环复合控制算法实现了高平稳性速度控制,并通过驱动参数优化实现了电机的高分辨率位置控制。最后,运用分段逼近策略实现了高精度定位。实验结果表明,在速度控制方面,采用双环复合方法控制的速度平稳性为0.44%,相比单速度环的控制效果提升了一倍;在位置控制方面,超声电机的开环位置分辨率达到了0.375μrad,定位精度达到了1.7μrad。本文提出的控制方法综合了不同参数及不同环路的调控特点,有效提高了超声电机的速度与位置控制精度,为超声电机在精密装备中的拓展应用奠定了基础。     

单振子二自由度超声电机驱动电源

设计了用于平板形单振子二自由度超声电机的驱动电源,并针对驱动电源电流负荷较大,输出功率利用率不高的问题,提出了优化驱动性能的措施.该电源利用压控振荡器产生正弦小信号,经高压及功率放大后得到较高的驱动电压及较大的驱动电流实现电机驱动.根据压电振子等效电路模型及工作特性,采取与超声电机并联电感的方法优化了电源驱动性能.制作了驱动电源样机,并对输出性能及优化效果进行了测试.测试结果表明:设计的电源驱动电压及频率可独立连续调节,可输出理想的正弦信号波形;在49.127 kHz、49.756 kHz两种频率下,接超声电机负载时,最大输出电压分别为176.0 V及171.2 V;超声电机并联1.442 mH电感后,电源驱动电流可减少至原来的7.27％和7.41％,功率因数可提高至0.968和0.9550.得到的结果显示,设计的电源满足超声电机驱动要求,采取的优化措施在减小电源电流负荷及提高电源输出功率利用率方面效果明显.