国内外直线超声电机的研究现状及关键技术

分析了直线超声电机的优点，按时间顺序介绍了国内外直线超声电机的研究状况，并给出了一些典型的电机形式及其工作原理；提出了当今直线超声电机研究中存在的问题及需要加强研究的关键技术。     

直线型超声电机研究的现状

概述国内外各种直线型超声电机的驱动机理和最新研究进展，介绍直线型超声电机的应用前景，指出今后直线超声电机的发展趋势。     

用于超声电机的新型驱动电源设计

针对超声电机对激励电源频率、幅值、波形的要求,设计了一种新型超声电机压电陶瓷激励电源.该激励电源输入电压为12 V,经过DC-DC降压变换电路调压后输入4路推挽升压电路叠加输出.输出幅值可达600 V,频率在10～100 kHz范围内可调,同时两路电源间可实现任意相位差.在工作频率范围内无须对压电陶瓷进行阻抗匹配即可基...     

四足直线超声电机的研究

研究了一种新型四足矩形截面梁直线超声电机,电机定子是由六块压电陶瓷片和矩形截面铜梁组成,压电陶瓷对称粘贴在铜梁的上下表面,四个驱动足分布在铜梁下表面的四个直角处.电机的工作模态分别为一阶纵振和二阶弯振,通过Ansys软件进行模态分析确定了电机定子的尺寸,设计加工样机,并对样机的机械特性进行测试和实验研究,实验证明了电机的结构设计是合理的,分析是正确的.     

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。     

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。     

直线超声电机驱动精密二维定位平台系统

针对当前精密作动技术领域对精密定位系统提出越来越高的要求,设计了一种由蝶形直线超声电机驱动的二维精密定位平台系统。该定位平台系统行程为50 mm?50 mm,以直线型增量光栅编码器作为位置反馈元件,通过上位机编程实现运动控制卡对精密定位平台系统进行控制。为了实现直线超声电机的驱动,设计了一种新型直线超声电机驱动器,实现驱动电压和驱动频率的独立控制。在控制过程中,通过使用复合控制技术,同时结合直线超声电机具有高分辨率步进的控制特性,最终使系统达到高精度运动的控制效果。实验结果表明,在0~50 mm行程内,实现了小于0.28?m的定位精度。     

高温环境下旋转型行波超声电机性能研究

行波型超声电机适合用于宇航搭载设备驱动器，因此必须对其进行包括高温环境的特殊环境下的性能研究。通过对行波型旋转超声电机在高温环境下进行了机械性能测试，得到了超声电机高温环境机械特性：超声电机的空载转速有所下降，但最大力矩随着温度的升高而增大，在70 ℃时，超声电机的堵转力矩达到最大，在80 ℃时，堵转力矩微降。分析了超声电机各个部件在不同温度环境下性能的变化对超声电机机械特性的影响：电机定子和压电陶瓷在高温环境下对电机的力矩和转速有提升作用；定、转子的摩擦界面在高温环境下对电机的力矩和转速起降低作用；预压力使超声电机的力矩起增加，但使电机转速下降。     

维持超声电机工作状态恒定的驱动控制器

驱动控制是超声电机性能提高和工程应用的关键技术之一。基于行波型超声电机的工作机理,分析因为外界环境因素(如温度的改变,驱动电压的改变)的变化对超声电机工作性能的影响,开发了一种通过稳定超声电机一相驱动电压与孤极反馈电压的相位差,从而保持电机工作状态恒定的新型驱动控制器。从硬、软件2个方面设计基于单片机的超声电机恒工作状态控制系统,并进行了实验验证。结果表明,此种通过稳定相位差的新型超声电机驱动控制器,基本可以达到维持电机恒定工作状态的目的。     

基于LC谐振的超声电机驱动器的研究

根据超声电机的容性负载特性,提出了利用LC进行谐振升压的无变压器式驱动电路.分析了输出信号中各次谐波幅值和能量比与驱动信号占空比和谐振周期之间的关系,据此提出了驱动电路的设计准则.应用此电路驱动直径为5mm的超声电机,输出电压峰峰值达200V以上,电机运转良好,证明了此电路对于驱动小功率超声电机的实用性和可靠性,为驱动器的进一步集成化奠定了基础.     

基于IGA的USM速度智能控制系统研究

针对超声波电机参数的时变性、系统内在的非线性和系统的强耦合性等特点,提出基于免疫遗传算法的超声波电机模糊神经网络速度控制策略。实验结果表明,与传统模糊神经网络速度控制相比,采用该方法的系统能较好地实现设定的超声波电机速度参考模型的自适应跟踪,响应速度脉动小,具有控制灵活、适应性强、控制精度高、鲁棒性强等优点。     

环形行波超声波电动机的研制

介绍了环形行波超声波电动机的理论基础和关键技术，并针对这些关键技术和难点所采取的技术途径进行了总结和分析。样机性能表明理论分析的正确性以及采取的技术途径的可行性。     

纵扭复合型超声波电机原理及模态简并研究

介绍超声波电机的发展概况，结构和运行原理，重点分析了纵扭复合型超声波电机的模态简并部题以及电机结构对谐振频率的影响，最后归纳出复合型超声电机通过改变结构实现模态简并的一般规律。     

超磁致伸缩微驱动器输出特性曲线的多项式拟合

为了研究超磁致伸缩致动器的输出特性,采用自制的超磁致伸缩微驱动刀架进行其输出特性实验研究。通过作用在GMM棒上的不同预压应力,改变恒定电流值,研究微位移输出与电流及预压弹簧预压量之间的关系,然后采用最小二乘法分析出微进给刀架最佳工作预压弹簧预压量,在最佳预压弹簧预压量下,分析不同电流加载卸载与微位移输出的关系回线的重合度,确定出基于GMM微进给刀架最佳工作参数。研究结果表明,超磁致伸缩微驱动器在最佳工作电流值和预应力作用下,其工作时加卸载的磁滞回线重合度最好,该研究结果为后续开发相应的微细加工装备及微进给刀架的应用研究提供了理论与实验基础,具有重要的实践意义。     

A mathematical model of electromagnetic calculations of induction motors for operating with optimization algorithms

A technique of using design calculations that minimize the number of varied parameters, to drastically decrease the variation range, to protect the optimization algorithm from entering an inadmissible region, and to speedup the calculation process is described. The mathematical model proposed can be used both within optimization software and independently. Experience gained from the stand-alone use of design-calculation software when developing a lineup of energy-efficient IEMs shows that the time of searching for an optimal version is reduced by a factor of two to three compared to the calculations performed using classical confirmatory analysis technique.     

超声波电机频率-温度特性研究

为了研究超声波电机运行过程中温升和频率漂移等关键技术问题,采用自然对流传热问题的牛顿冷却定律和热容理论,建立了超声波电机的温度特性与驱动频率之间的关系表达式,仿真分析了驱动频率对电机温升的影响;考虑电机压电定子的转动惯量和剪切变形等因素,利用能量等效原则和铁摩辛柯梁振动理论建立了超声波电机谐振频率与温度之间的关系表达式,通过仿真研究了温度对电机谐振频率漂移的影响,并通过实验验证了仿真结果的正确性。仿真及实验结果表明:电机的谐振频率随着温度的升高呈线性降低;驱动信号频率越接近电机谐振频率,电机表面温度就越高。最后,根据研究结果提出了减小电机温升和频率漂移的措施,并通过实验验证所提出措施的有效性。     

基于粒子群优化的超声波电机非线性Hammerstein辨识建模

由于超声波电机(USM)具有机电能量转换、不规则外形的定转子以及复杂的摩擦和接触机理,很难建立其适合于控制的非线性数学模型。针对这个问题,本文采用粒子群优化算法建立了超声波电机的非线性Hammerstein模型。该模型由静态非线性和动态线性两部分串联而成,能够以相对简单的形式表述超声波电机的非线性特性。所得模型的仿真计算结果与实验数据接近,表明了建模方法的合理性和所建模型的有效性。     

基于面内模态的直线超声微电机研究

对矩形压电振子进行了研究,对其结构进行了改进,提出了一种直线超声微电机,介绍了其结构和工作原理,运用ANSYS有限元分析软件建立了压电振子的有限元模型,对压电振子进行了模态分析和谐响应分析,对压电振子的纵向和弯曲振动的面内模态的简并进行了分析。分析发现改进后的压电振子激振频率降低,频率点得到优化;同时,压电振子的振幅也明显变大。研究结果为纵弯面内复合模态的直线超声电机制作和实验研究提供了依据。     

双接触面行波型超声波电动机的研究

从理论上证明了圆环形行波超声波电动机振子双面驱动的可行性,设计、研制了双接触面旋转行波超声波电动机.对模型样机进行了实验测试,进一步验证了双驱动面的可行性.电机空载转速为130 r/min,双面接触时的驱动力矩是单面接触时的驱动力矩的1.6倍.     

超声电动机模型分析的研究

针对超声电动机模型，第一次对其分析方法进行了对比分析，综合解析法（能量法）、有限元法和等效电路法的特点，建立了一套行之有效的行波超声电动机分析方法。并成功设计了专利产品－均压型行波超声电动机及其驱动控制器。该方法为超声电动机的驱动控制策略和控制方法的实现奠定了理论基础，为样机设计提供了实际经验，对我国超声电动机产业及其原材料的国产化作了有效探索。