陶瓷开裂故障行波型超声波电动机建模与仿真分析

压电陶瓷开裂是影响超声波电动机使用寿命的关键因素。针对该故障类型,研究了一种模拟压电陶瓷开裂的行波型超声波电动机定子建模方法。建立无故障超声波电动机定子模型,经动力学分析后得到的定子质点运动轨迹验证了模型的合理性;改变裂纹长度以模拟陶瓷片的不同开裂程度,得到了孤极电压信号随裂纹尺寸的变化规律;对不同开裂程度故障电机的孤极电压进行了采样,分析结果表明仿真结果与实测数据具有较好的一致性。

形态谱和LCD法提取超声波电动机陶瓷故障特征

压电陶瓷开裂是导致超声波电动机失效的主要原因之一。针对超声波电动机定转子机械耦合过程中的噪声影响,研究利用多尺度下的形态谱信息,重构孤极电压故障信号的方法。对重构信息进行LCD分解(LocalCharacteristic-scale Decomposition)并计算能谱熵,作为故障特征反映超声波电动机压电陶瓷片的开裂程度。在不同噪声等级的仿真信号下,对故障特征在噪声环境的适用性进行了分析。实验结果验证了该方法在超声波电动机压电陶瓷开裂故障特征提取上的可行性和有效性。

基于相关性相位提取的超声电机频率控制技术

为了解决温度和负载的变化容易引起超声电机转速波动,以及基于转速反馈的闭环控制因转速传感器安装体积和成本在某些特种场合应用受限的问题,提出一种基于相位差信息反馈的频率闭环控制方法:首先,根据电机各类相位差对温度和负载变化的敏感程度,优化选择了相位差反馈量的类型;其次,针对系统机械噪声以及驱动器谐波对相位差计算结果的影响,利用改进的相关性相位提取方法准确提取驱动电压和孤极电压的基频相位差信息;最后,分别就超声电机运行过程中温度和负载变化的情况,给出了相应的频率闭环控制方案。实验结果表明,所提出的方法能有效降低温度以及负载变化导致的转速波动,可提升电机所在系统的转速稳定性。由于其只需采样两路电压信号,故易于工程实现。