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。     

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.     

复合型超声电机纵振子位置对电机性能的影响

首先利用超声电机的一维等效模型推导出超声电机纵向振动力因子的表达式，并建立了谐振频率与电机各部分尺寸的关系式。文中以半波长夹心式超声电机的节点位置与压电陶瓷堆中心的距离为变量，分析了纵向振动力因子随着纵振子中心位置变化的情况，从而得出了超声电机内部纵振子的优化位置。将上述分析应用于实验中，取得了较好的效果。     

纵扭复合型超声波电机的瞬态特性研究

超声波电机与传统电磁型电机不同。它是一种靠摩擦驱动的新原理电机。具有低速和快速响应的特性,其瞬态特性用传统方法难以测试,为此该文设计了纵扭复合型超声波电机的瞬态特性测试系统,文中介绍了系统的设计思路、总体结构和实现过程。对纵扭复合型超声波电机瞬态特性进行了初步的测试和分析研究。实验结果表明该电机的响应快。空载起动时间在6ms左右。关断时间在2ms左右。同时验证了这一测试系统的有效性。     

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     

霍尔元件在超声波电动机定位控制中的应用

针对超声波电动机断电自锁、控制响应快等优点，提出了一种以霍尔元件为电机转子位置检测器、基于DSP控制的超声波电动机步进定位控制系统：系统具有结构简单、精度高和运行可靠等优点，实验结果表明方案可行。     

预压力对超声波电机特性的影响研究

为了降低旋转行波型超声波电机（TWUSM）运行过程中产生的噪声，研究了预压力对TWUSM模态频率以及噪声特性的影响.利用D’Alembert原理和假设模态法，建立了受预压力作用下TWUSM定子的一维振动模型和频率方程，通过分析该模型和频率方程，研究了预压力对TWUSM模态频率的影响.利用Hamilton原理和应力-应变、应变-位移及电势-电场之间的关系，推导了TWUSM定子的有限元(FEM)模型，研究了预压力对TWUSM振动模态混叠以及噪声特性的影响.结果表明,TWUSM模态频率随预压力的增加而升高，增加预压力可以避免TWUSM出现模态混叠现象和抑制TWUSM噪声强度.     

基于神经元自适应PID的超声波电机速度位置控制

超声波电机是强非线性时变系统,用常规的PID难以取得满意的效果.针对超声波电机的速度和位置控制,提出了神经元自适应PID算法.由于神经元自适应PID可以在线调整其参数值,因此当电机运行情况发生变化时可以通过改变控制参数来实现速度和位置的快速跟踪.实验表明,使用神经元自适应PID算法对超声波电机进行速度和位置控制,可以达到快速响应和高精度的控制效果.     

基于机器视觉的空间组合体地面实验位姿测量技术研究

针对空间组合体如绳系系统在地面模拟实验时具有变化复杂和响应快等特点难以实时测量问题,对空间组合体地面模拟实验系统中物体位姿测量和控制方法进行了研究。将非接触式测量的机器视觉技术应用到了组合体地面测量系统中,并从减少图像搜索位置和每个位置处的计算量角度,提出了一种改进的多模板匹配算法配合刚体平面运动位姿算法组成测量系统,以实现运动目标物体图像的实时采集;获取了目标物体上标志点的坐标,再通过坐标变换等计算动态得到了平面刚体运动位姿;利用所研制的地面模拟检测系统进行了直线运动、旋转运动和刚体平面运动等实验测试。研究结果表明:位姿测量系统的最大测量误差不超过5%,采样时间为0.2 s,可满足绳系组合体等空间组合体的测量和控制要求。     

基于锁相环的超声波电机频率跟踪控制技术

电压电流的相位差即阻抗角特性反映了电机定子的谐振特性,通过采集超声波电机工作时电压电流的相位差信号,运用锁相环原理锁定电机工作状态,实现了对超声波电机的闭环控制．此方法对电机结构没有特殊要求,无需设置孤极．实验证明通过跟踪电机工作时电压电流的相位差,可以补偿电机本身特性和温度变化等对电机运行的影响,使电机运行在初始设定工作状态,提高电机的输出效率．改变电路中比较器初始相位差设定值,电路可以跟踪相位差变化实现对超声波电机的稳速功能．