空间柔性结构振动控制用压电主动构件模型与实验研究

利用压电陶瓷的逆压电效应，研制了一种空间柔性结构振动主动控制用的新型压电智能主动构件，该构件具有重量轻、输出位移大、驱动电压低、稳定性高等优点。分析了压电主动构件建模方法中存在的问题，提出了一种修正的机电耦舍导纳模型，通过数值仿真验证了该模型的正确性。结合所研制的主动构件，对主动构件的动静态特性进行了实验研究与分析，揭示了压电主动构件用于空间柔性结构振动主动控制的优良性能。     

基于能量等效的行波型超声波电动机解析模型

提出一种基于能量等效的行波型超声波电动机稳态特性分析计算的解析模型.首先通过能量等效原则将压电复合定子环简化成复合等直梁模型,综合考虑压电复合定子的转动惯量和剪切变形的影响,利用铁木辛柯梁振动理论得到电动机定子振动的频率方程和强迫振动稳态解:其次,对电动机定、转子接触面的滑动状况进行分析,利用弹性接触理论确定了定、转子接触面的力传递模型和效率表达式,通过把定、转子接触面的摩擦损耗和转子的输出功率视为定子强迫振动的等效阻尼损失,由此建立电动机的机械特性和输出功率表达式;最后,仿真和试验分析了不同电动机结构和材料参数以及定子预压力、驱动频率和摩擦层厚度等对电动机振动特性和机械特性的影响,试验证明了该模型的有效性和适用范围.     

基于系统辨识的宽频大尺寸振动台正弦扫频控制

宽频大尺寸振动台在其频率范围内具有复杂的动态特性,一般的控制方法很难实现高精度的扫频控制.提出了基于系统辨识的正弦扫频控制方法,首先对振动台进行了系统辨识分析,求出了振动台在指定频率范围内的幅频响应函数,据此得出了系统在每个频率点的输入,然后进行了正弦扫频,按照一定的规律改变频率,保持振幅不变;扫频过程中结合分段PID算法,对控制中出现的误差进行了实时修正,从而保证了正弦扫频的精度.最后给出了运用该方法对宽频大尺寸振动台进行控制的实验结果.结果表明,这种控制方法可以实现宽频大尺寸振动台高精度的扫频控制.     

柔性机械臂用压电驱动器实现精密定位控制的研究——解析模型、作业空间和可操作性分析

本文提出了利用柔性机械臂的柔性并通过压电驱动器实施精密定位，实现微位移和微力操作的思想．为此针对二连杆柔性机械臂建立了其微位移、微力操作的解析模型，并理论和仿真分析其可达作业空间能力及其可操作性．通过应用例子仿真研究表明方法的有效性，拓宽了压电驱动器应用于柔性机械臂振动控制的思想     

基于复损耗的杆式超声波电机定子建模及其仿真

近些年来,采用压电材料的驱动结构和传感设备在工程中得到了广泛的应用。本文提出了一种使用压电陶瓷的微型杆式超声波电机,利用Rayleigh理论和等效的方法建立了定子的数学模型,并进一步提出了一种基于复损耗的谐振振幅的近似计算方法,同时使用Ansys有限元分析软件对比验证了数学模型的准确性。研究成果对于改善和优化超声波电机的输出性能以及考虑损耗的压电结构建模具有实践指导作用。     

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。     

二自由度超声波电机位姿检测与控制

为了探索多自由度超声波电机在微型机器人等控制领域的应用,提出电机的位姿检测与控制方法.以基于三定子的二自由度球形超声波电机为研究对象,以定子角速度的极小范数为优化目标,结合角速度矢量合成原理和电机的相位差调速方式,建立电机的前馈模型;提出基于机械鼠标原理的位姿检测机构,反馈球转子的姿态量,并结合PID分段斜率比较的控制策略实现电机位姿控制.测试结果表明,电机闭环轨迹控制的误差率为13%,位姿检测与控制的效果较好,为二自由度球形超声波电机的推广打下扎实的基础.     

一种中空短柱径向-扭转振动复合型超声波电动机

纵扭复合型超声波电动机比其他类型的超声波电动机更具低速大力矩的特点,可实现高精度直接驱动,可作伺服电动机使用,适合于多种场合,特别是航空航天等军事领域.由于纵、扭振动在定子中的传播速度不一样,其纵、扭两相谐振频率的调谐一直是个难题.本文提出了一种新型的径向-扭转复合型超声波电动机,利用了定子径向振动时因泊松效应产生的纵向振动,其实质是径向振动和扭转振动的复合,是一种变形了的纵扭复合型超声波电动机.其定子具有中空、短柱等特点,可方便实现一阶径向振动与一阶扭转振动谐振频率的调谐及其结构等的优化.文中给出了中空短柱的电动机定子结构,建立了径向振动的理论分析模型,分析了其调谐原理和过程,并结合ANSYS有限元计算实现定子结构优化设计.最后根据上述理论研制了Φ60mm的样机,实现的样机性能较好,其空载转速为25r/min,堵转力矩为5N·m.这种超声波电动机较以往电动机具有轴向尺寸小、重量轻和无噪声等优点.     

一种圆弧锥辊的全向轮结构及其分析

介绍了一种新型圆弧锥辊全向轮的结构及其设计方法,该全向轮轮缘采用单一的圆弧锥辊排列,圆弧锥辊的大小头相互嵌套,是一种单排连续切换的全向轮。分析了几种典型的全向轮结构及圆弧锥辊全向轮的结构及其设计特点,给出了圆弧锥辊全向轮的锥辊曲面参数方程,根据其结构特点,推导给出了该全向轮结构参数计算公式,并从几何关系和强度两方面分析给出了此种全向轮最佳的锥辊数。      

三相全数字频率自适应闭环锁相技术

针对三相分布式并网系统中并网电压畸变严重时传统锁相方法精度不高和市电频率突变而引起锁相精度变差的现象,结合开环锁相与闭环锁相的优点,提出了一种新的频率自适应三相全数字闭环锁相新算法。新的锁相算法采用带有自适应控制的二阶低通滤波器滤除市电电压中高频谐波,可以有效地抑制市电电压基波负序和高频谐波的干扰,快速准确地追踪市电电压正序基波分量的相位。最后,通过仿真将改进后的数字锁相方法与已有的开环、闭环锁相方法进行比较,仿真及实验结果表明该锁相方法的正确性及实用性。