旋转型压电惯性冲击马达的工作特性

为了研究惯性冲击机构中的旋转运动,设计了一台可调节预压力的旋转型压电惯性冲击马达。分析了该马达的运动原理及过程,研究了驱动信号、结构参数、压电元件等对马达运动特性的影响及规律。实验结果表明,该马达的转动速度与驱动信号的频率、电压成正比,与主体和配重的比值(M/m)成反比,转动速度随压电元件充放电时间增加而减小。研究还显示,旋转型惯性冲击马达的机械特性和正反转特性不同于电磁马达,该马达的转动速度-转矩特性为一折线,马达的正向转动速度始终大于反向速度。当驱动信号频率为1 100 Hz、电压为50 V、充电时间为70μs、M/m=8.9时,该马达的转动速度为1.75°/s,最大转矩为0.13 N.m。结果表明,旋转型惯性冲击马达是一个多变量系统,其运动性能受多种因素的控制。

惯性冲击马达的建模与仿真

建立了惯性冲击马达的动力学模型,该模型考虑了摩擦的非线性。应用MATLAB/Simulink软件进行了仿真分析,得到了马达的位移曲线、平均速度-电压曲线和平均速度-频率曲线,最后设计了实验装置进行了验证。实验结果表明,惯性冲击马达的运动速度与驱动信号的幅度和频率基本上呈线性规律变化,与理论计算相比,仿真结果更接近马达的实际运动过程,因此所建立的模型可以用于预测惯性冲击马达的运动性能。

惯性冲击马达的振动控制

为了研究惯性冲击马达运动中的振动问题并进行控制,推导了固有频率表达公式,分析了振动产生的原因,根据固有频率设计了1阶有源低通滤波器作为隔振环节,最后以一台对称式惯性冲击马达为对象进行了实验。实验结果表明,锯齿信号中与固有频率相近的高次谐波是造成惯性冲击马达运动不稳定的重要因素,应用滤波电路后,该马达的平均速度随着驱动频率的增大保持了线性增长,有效消除了振动因素,但锯齿信号的冲击作用减弱导致运动速度有所下降。