球形行波型超声波电机的驱动数学模型

球形行波型超声波电机可以实现球面轨迹的运动,但是目前其设计仍处于经验阶段。该文从球形行波型超声波电机的原理与基本结构出发,利用坐标变换关系得到转子运动时定、转子接触面上接触力的分布情况,分析了行波定子与球转子接触点的摩擦驱动力和摩擦阻力。根据运动稳定时球转子的力和力矩平衡及行波定子的轴向力平衡关系,得到球形行波型超声波电机的驱动数学模型。通过仿真分析了结构参数和行波定子特性的影响,初步验证了上述模型。     

二自由度超声波电机惯性驱动研究

设计了采用单相电源驱动旋转和直线两种运动的新型单定子二自由度超声波电机,提出了一种近谐振点平稳惯性冲击的电机驱动方法。基于电机构造机理和驱动原理,建立了电机惯性驱动模型,定量分析了方波信号参数对电机性能的影响。算例分析表明,电机在近谐振点采用非对称方波激励,定子端面可输出符合惯性驱动要求的锯齿波。给出了最佳的方波驱动频率与占空比。该驱动方法简洁高效,完全消除了相位差对多自由度电机性能的影响。     

平面扬声器激励矩形小室声场有限元数值分析

基于有限元方法,建立了平面扬声器与封闭矩形小室内空气的耦合模型,分别就小室内壁敷设吸声材料和平面扬声器安装位置对小室声场分布的影响进行了研究。结果表明：适当增加小室内壁的声吸收以增加筒正波的带宽,使声场中各点声压响应曲线更加平坦,但是当吸声系数超过某一值时,继续增大声吸收对小室声场的均匀性改善并不明显;与点声源安装在矩形的角点上可以得到较均匀和较强的声场不同,当选用平面扬声器做声源时,则扬声器应尽量安装在矩形的中心位置。本结论对平面扬声器激励下封闭声场的设计具有指导意义。     

基于模拟惯量的电梯永磁同步曳引机上行超速保护装置检测系统

提出了一种基于模拟惯量的电梯永磁同步曳引机上行保护装置的检测系统。该检测系统以曳引机综合性能测试平台为基础．利用飞轮模拟电梯的惯量，利用直流电动机模拟负载．可在电梯安装前完成电梯上行超速保护装置的测试工作。实际测试表明，该方法符合电梯型式试验规则的要求。测试结果高效、准确和可靠。     

基于电机自由减速过程的转子转动惯量测量方法

提出了一种转子转动惯量的测试方法——自由减速法,它是基于对电机空载和加载标准惯性飞轮两种情况,在自由减速停车环境中的机械特性分析,建立了转子转动惯量与这两种情况下角加速度之间的数学模型,并由此总结出一种新型的电机转子转动惯量的测量方法。同时以TMS320F2812DSP芯片为核心,搭建了简洁而高效的检测试验平台。通过DSP软件编程和多项式回归分析算法研究,实现了对数据的采集和处理,并验证了测量方法的可行性。该方法具有测量的精确性、简易性、快速性和广泛的适用性。     

基于锁相环电路的超声波电机频率跟踪系统

因各种原因,超声波电机在运行过程中会发生谐振频率漂移现象,进而导致电机转速下降、效率降低,因此,为了实现超声波电机驱动电源频率跟踪的功能,提出了相位差比较法,即保持电机一相驱动电压与电流的相位差恒定不变,来达到频率跟踪的目的,并采用锁相环(PLL)CD4046实现了超声波电机的频率跟踪.最后通过实验验证了该方法的可行性.     

压电陶瓷对超声波电动机定子特性的影响

压电陶瓷(Piezoelectric ceramic,PZT)是组成超声波电动机定子的核心元件,其性能的优劣将直接影响超声波电动机的输出性能。为了研究PZT对超声波电动机定子特性的影响,利用有限元法建立超声波电动机自由定子的机电耦合动力学模型,利用该模型重点研究PZT厚度、极化分区形式、极化不均匀性以及PZT开路和短路条件时对定子动态特性的影响,并提出基于能量的PZT极化分区形式、极化不均匀性对定子动态特性影响程度的评价方法。采用自然对流传热问题的牛顿冷却定律和热容理论,建立超声波电机定子的温度特性理论模型,基于该模型研究PZT材料介电损耗对电动机定子的温度特性影响。研究结果表明:电动机定子模态频率随PZT厚度的增大而增加,而定子表面质点的振动幅值则随PZT厚度的增加而减小;PZT开路时的定子模态频率比短路时的模态频率大;改进PZT极化分区形式和极化不均匀性均可以提高超声波电动机自由定子的动态特性。基于该研究结果制作的直径10.4mm行波型超声波电动机性能稳定,堵转力矩达到9.5mN·m,空载转速1000r/min,研究结果有助于超声波电动机的产业化。     

压电叠层传感/致动器的特性研究

压电叠层传感／致动器是智能主动构件中的重要组成部分，是一个机电耦合的交互系统。给出了压电叠层传感／致动器的设计原理，并对压电叠层传感／致动器的动静态工作特性进行了实验研究与分析，揭示了其输出位移大、稳定性和重复性好、滞后效应小等优良特性，为研制性能优良、稳定的智能主动构件提供了依据。     

挠性机器人逆动力学显式模型

提出了挠性机器人逆动力学问题的一般模型，并通过对其实施线性化，得到了线性解耦的由运动条件方程和动力条件方程联立的逆动力学基本方程。同时，利用逆动力学基本方程的特点给出了逆问题的显式模型，并将该法用于平面ｎ杆弹性手臂建模。最后就三连杆弹性手臂进行了仿真，验证了本方法的有效性。     

径向-扭转振动复合型超声波电机的理论与实验研究

纵扭复合型超声波电机比其他超声波电机更具低速大力矩的特点,可以直接驱动负载,适合航空航天领域的应用.不过由于纵、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.提出一种新型的中空结构的径向-扭转振动复合型超声波电机,采用一对纵振压电陶瓷和一对扭振压电陶瓷的组合方式,利用了径向一阶振动模态和扭振一阶振动模态,并通过电机定子的中空结构和尺寸的调整,使径向和扭转两相基频一致.首先从理论上分析了此方案的可行性,即提出了两相调谐的方法,并对以前的模型加以改进,然后根据理论分析制作了Φ60 mm的样机,经过试验,发现其性能满足设计要求,样机的最高转速为40 r/min,堵转力矩为3.2 N·m.研制的超声波电机较其他电机具有轴向尺寸小和重量轻等特点,可以减小质量40%.