二自由度行波型超声波电机的驱动和运动姿态控制

球形二自由度行波型超声波电机是一种多自由度超声波电机,文中介绍了一种二自由度行波型超声波电机简要的结构和机理,并介绍其驱动控制电源的设计,然后提出了一种新颖的电机姿态测量机构,最后研制基于相位差PI控制策略的电机驱动和运动姿态控制系统.实验表明,球形二自由度超声波电机驱动和运动姿态控制是可行和正确的,而且具有较高的定位精度.本文为二自由度行波型超声波电机的优化设计和性能提高奠定了理论基础.     

二自由度行波型超声波电机定子的优化研究

本文从二自由度行波型超声波电机的驱动机理和基本结构出发,对定子结构进行了分析和介绍,利用所建立的有限元模型进行定子振动的模态分析。然后以电机定子表面点的振幅最大化为优化条件,对定子的结构进行优化。接着用ANSYS软件对定子进行不同倾角下的模态分析,得到定子谐振频率和倾角的关系。最后结合所设计的定子使用激光测振系统进行测试,用于确定最佳的定子倾角。测试结果表明,优化的定子使得定子表面点的振幅较大。     

球形二自由度超声波电机的运行机理和特性

球形二自由度超声波电机可以实现二个自由度的运动,从二自由度行波型超声波电机的基本结构与驱动原理出发,建立了定转子的位置关系式,从而得到电机的驱动力方程,进而求出定子的驱动力矩方程,然后分别对转子在静止和转动情况下的驱动力方程做了讨论,最后求出球形二自由度超声波电机的驱动力矩数学模型.随之通过电机的结构参数对电机的驱动力矩进行了仿真计算,然后通过实验对驱动力矩做了初步验证,实验结果证明了数学模型的有效性,对二自由度行波型超声波电机的优化设计和性能提高奠定了理论基础.     

行波型超声波电机驱动系统的设计与计算

在介绍了行波型超声波电机结构和基本工作原理基础上,给出了超声波电机的基本关系式和等效电路;针对其特点,提出了该类型电机驱动系统的基本要求;据此设计了一套行波型超声波电机的驱动系统;该系统除满足基本要求外,还具有结构简单、振动幅值自动跟踪、功率因数补偿等功能;经在自行设计的电机上长时间运行表明,该驱动器能满足实用的要求。     

行波型与复合型超声波电机的比较

介绍了行波型和复合型超声波旋转电机的结构和运行原理,从其产生旋转运动的机理出发,分析了各自所利用的模态及驱动接触面的情况,设计思路和控制方法上的异同。     

3个行波定子的2自由度球形超声波电机

提出一种基于3个行波定子的2自由度球形行波型超声波电机,给出了其结构及其驱动原理,重点介绍行波定子自动对心的自适应结构及其螺旋弹簧,该种结构可使每一个行波定子能柔顺地压紧球转子,可克服由3个行波定子的加工及其安装误差对电机产生的影响,保证每个定转子接触圆周之间的预紧力比较均匀一致。同时,给出了该种2自由度球电机的机械特性计算公式,并以极小范数解为优化目标等手段,分析了此球电机的性能特点。研制的球电机样机球转子直径40mm,堵转力矩达0.12N?m,空载转速90r/min,且各方向性能较一致。此球电机具有结构紧凑、安装方便和性能优越的特点,可用于机器人手腕、CCD云台控制等许多场合。     

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。     

行波型超声波电机驱动电路特性仿真与优化

介绍了行波型超波电机驱动电路的分析模型，叙述了仿真过程，给出了优化结果及计算公式。     

多自由度球形超声波电机的研究进展

多自由度球形电机是电机研究领域的一个前沿课题.本文简要回顾了多自由度球形电机的发展历史和现状,重点分析探讨了四种典型的多自由度球形超声波电机的结构、机理、性能、特点,最后指出了多自由度球形超声波电机的一些研究重点.     

大转矩行波型超声波电机的研制

为增加行波型超声波电机的转矩,该文提出了一种独特的G型支撑结构,并用有限元法研究了它对横向振幅和定转子间接触面积的影响。此外,还用三维有限元法计算了振幅和输出功率与定子齿高的关系,对摩擦材料的选用及转子结构的设计也进行了一定的考虑。为使电机的转矩进一步增大,还制作了一个双振子电机。实验结果表明电机的转矩性能确实可以得到明显改善。     

行波超声波电机微步控制研究

针对行波超声波电机(TRUsM)的启动特性、运行特性、调速特性和步进特性进行了深入研究,探讨了负载对TRUSM微步控制的影响并揭示了其中规律,提出了微步控制的改进方法.该方法在电机特性实验研究基础上.通过最小二乘法拟合出的经验公式对电机步距角的偏差进行修正,实现了行波超声波电机带负载时的等步距运行.所给出的方法和结论,为行波超声波电机开环精密定位控制的进一步推广打下坚实的基础.     

楔形超声波电动机的模型研究

引用能流作为参变量 ,根据楔形超声波电动机的结构 ,基于楔形超声波电动机的物理机理 ,讨论了该电动机的运动方程和驱动力矩 ,建立了该电动机转子的转矩方程 ,用数学方程描述了压电陶瓷的机电耦合关系 ,从而建立了该电动机的数学模型 ,为楔形超声波电动机的控制提供了理论依据     

基于行波超声波电机直接驱动的机械臂精密定位系统研制

研制了基于行波超声波电机与步进电机驱动的机器人多自由度机械臂精密定位控制系统。采用行波超声波微步控制技术实现了机械臂低速下的高精度定位控制,并在理论与试验研究基础上提出了一种实用的行波超声波电机精密定位控制方法。此外,还进行了定位误差分析及控制系统设计。所给的方法简单易行,在超声波电机精密定位中具有普遍的应用意义和广泛的应用价值。该方法成功运用于机器人机械臂控制中,不需要使用高精度角位移传感器就可使机械臂达到很高的定位精度。     

基于行波超声波电机直接驱动的机械臂精密定位系统研制

研制了基于行波超声波电机与步进电机驱动的机器人多自由度机械臂精密定位控制系统。采用行波超声波微步控制技术实现了机械臂低速下的高精度定位控制，并在理论与试验研究基础上提出了一种实用的行波超声波电机精密定位控制方法。此外，还进行了定位误差分析及控制系统设计。所给的方法简单易行，在超声波电机精密定位中具有普遍的应用意义和广泛的应用价值。该方法成功运用于机器人机械臂控制中，不需要使用高精度角位移传感器就可使机械臂达到很高的定位精度。     

行波型超声波电机的温度特性

为解决行波型超声波电机运行中温升和发热严重问题,提出一种基于能量耗散的超声波电机表面温度特性理论模型。利用电机定子复合结构的振动耗散能、压电陶瓷的介电耗散能以及定、转子接触面的摩擦损耗能确定电机的总体能量损耗,采用自然对流传热问题的牛顿冷却定律和热容理论,建立超声波电机的表面温度特性理论模型;仿真分析电机结构和材料参数(包括驱动电压、驱动频率、预压力、摩擦材料特性以及负载力矩等)对电机表面温度特性的影响;通过实验研究温度对电机输出特性、谐振频率的影响。最后通过实验验证了该模型的有效性和正确性。     

行波超声波电动机性能分析及其优化设计

以行波型超声波电动机为研究对象，开发了超声波电动机性能仿真分析软件。利用该软件可预测出处于设计阶段的超声波电动机的输出特性曲线及各项动力学特性指标，还能对定子尺寸、压电陶瓷厚度、模态阶次、预压力等等对超声波电动机性能有显著影响的参数作变参数分析。以此为依据，提出了超声波电动机优化设计的原则，阐述了超声波电动机优化设计的实现过程，特别对工作模态的选择和预压力及输出特性的选定进行了详细分析，给出了设计实例。     

单定子三自由度超声电机的驱动及其位置控制

介绍了单定子三自由度超声电机的结构及实现三个自由运动的原理，制作了该超声电机的驱动电路，并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和位置控制，实验结果表明该超声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-球体三自由度超声波电动机及其控制

研制了一种一阶纵振和二阶弯振模态组合的圆柱-球体三自由度超声波电动机。电压幅值控制采用逐点比较控制和矢量控制方法,并对其进行了运动轨迹跟踪的控制实验。