超声电机驱动的CMG框架系统滑模控制

针对超声电机驱动的控制力矩陀螺框架伺服系统具有强非线性、参数摄动和多源扰动力矩等问题,在系统建模和分析的基础上,采用了一种混合积分滑模变结构控制器,在保证框架速度控制快速响应的同时,提高了系统在多源强耦合扰动力矩下的鲁棒性。针对滑模抖振问题,引入了一种滑模观测器补偿框架系统的多源扰动力矩,减小系统不确定项的影响,进而减小滑模切换增益,达到抑制抖振的目的。仿真和实验结果表明,提出的控制力矩陀螺框架速度控制策略可有效抑制滑模控制系统的抖振现象,在多源扰动力矩的影响下,框架系统具有较强的鲁棒性。     

基于灵敏度函数塑形的超声电机驱动平台的数字内模控制器

针对将超声电机这一新型电机应用于稳定平台后产生的存在负载与扰动难以实现高精度控制的问题,结合超声电机与稳定平台的驱动特点提出一种适用于超声电机驱动稳定平台的控制方法。通过对稳定平台的机械结构进行动力学分析得出稳定平台的传递函数,并根据稳定平台的工作指标转化得到的控制目标确定灵敏度函数模板。按照灵敏度函数模板的要求通过极点配置与添加辅助极点与滤波器的方法调整系统由扰动到输出的灵敏度函数。对该控制器在仿真软件中进行仿真实验的结果表明:该控制方法相较于经典比例-积分-微分控制器可以提高系统响应的速度,缩小对参考信号的跟踪误差,有效抑制外界对系统输出的影响。     

聚合物定子超声电机驱动的变倍激光扩束镜

针对激光扩束镜动态连续变倍需求，提出了利用单一中空旋转行波超声电机作为驱动源的连续变倍激光扩束镜。根据变焦准直扩束原理，提出了变倍组透镜和补偿组透镜的移动距离转换关系。采用3D建模软件对扩束镜的凸轮机构、导向机构和驱动机构进行了设计，并进行了受力分析，加工出了一套扩束比为3~6的扩束镜样机。为了降低装置整体的重量，采用聚合物作为超声电机定子的材料。搭建了实验平台，对扩束镜样机的性能进行了测试。结果表明：扩束镜光学扩束效果良好，瞬态性能优良，定位误差小于0.01 mm。笔者提出的聚合物质定子超声电机作为扩束镜的驱动变倍激光扩束镜，系统整体重量更小，能够满足扩束镜快速高精度的光学变倍需求。     

一种控制力矩陀螺用双频驱动的超声电机

控制力矩陀螺的框架电机要求控制精度高,机械响应快,转速低,质量小,能适应高真空、高温差的工作环境。为满足上述需求,该文为控制力矩陀螺设计了一种异型模态超声电机,用以驱动力矩陀螺框架。并基于有限单元法计算及优化了样机外形尺寸,完成电机速度特性和负载特性的测试及优化。结果表明,该超声电机由超声电机定子、力矩陀螺转轴、基座组成。定子通过铰链固定于基座,弹簧机构对其施加预压力。超声电机质量25 g,最大输出扭矩0.04 N·m,满足控制力矩陀螺的使用要求。     

基于Class-D功率放大的超声波电动机驱动方案

研究了一种基于有源滤波器和D类(Class-D)功率放大的新型高性能超声波电动机驱动方案。基于有源滤波器设计了频率、幅值、相位可调的正弦信号发生器,设计了基于Class-D功放的功率放大和匹配电路。通过匹配电路仿真分析验证了该方案的设计思想。在现有旋转行波超声波电动机上将所提方案与传统脉宽调制(PWM)逆变式驱动方案进行了对比实验,对两种驱动电路产生的波形进行了频谱分析。实验结果显示,与PWM逆变式驱动方案相比,基于有源滤波器和Class-D功率放大方案的驱动波形谐波分量较少,能量损耗较小,同时缩小了驱动器体积,有利于实现超声波电动机驱动器的小型化。