多自由度球形裹夹型行波超声波电机 阻尼增强型精准定位控制方法

多自由度球形裹夹型行波超声波电机具有可多自由度旋转、结构体积小、不受电磁干扰等特点,可被应用于航天、机器人等特殊场景。但球形裹夹式设计以及超声波电机的特性,导致此电机结构需同时应对模型非线性、转动阻尼低、轴间耦合严重以及运转范围受限等问题。电机转子定位控制过程中振荡和偏差问题突出。因此,为实现精准的定位控制,并避免电机的超速运转可能造成的过热和卡死问题,文中提出一种适用于多自由度球形裹夹型行波超声波电机的阻尼增强型精准定位控制方法。该方法可实现电机精准定位控制,并同时对转子进行定量增阻与转速约束,有效避免运转中的振动和过速。此外,针对裹夹型行波超声波电机的多轴耦合性和模型非线性等问题,采用状态扩张观测器对模型非线性状态进行估计,实现模型的线性化和轴间的解耦处理,便于控制的设计与实现。最后,通过精准定位和抗扰实验验证该方法的有效性。

行波旋转型超声波电机的试验研究

本文在介绍超声波电机的工作原理、结构的基础上,根据试制样机的实验结果,针对行波旋转型超声波电机,分析和讨论预紧力大小、电机的轴向间隙及摩擦材料对该类电机的性能因素的影响。

行波接触型超声波电机定子振动有限元分析

行波接触型超声波电机是一种利用压电晶体的逆压电效应获得驱动力矩的新原理微特电机 ,它与由电磁作用获得转矩的电磁型电机的工作原理截然不同。该文在考虑定子环沿径向厚度变化及内外边界约束条件的基础上 ,建立了带有齿的行波接触型超声波电机定子模型 ,利用有限元法进行了定子模态和强迫振动响应分析 ,研究了定子直径和齿高对定子振动的影响。通过计算结果与实验的比较 ,证明有限元方法对于由复合材料构成、具有齿的超声波电机定子振动的分析是一种行之有效的方法。

基于有限元法的行波型超声波电机阻抗特性分析

利用有限元方法对行波型超声波电机的阻抗特性进行定量分析.以直径为60mm的行波型超声波电机为例,建立了电机定子的有限元分析模型,分析了在20～50kHz频率范围内,超声波电机定子的输入阻抗随频率变化的规律.此外,介绍了一种基于虚拟仪器技术的超声波电机阻抗测量方法,在20～50kHz的频率范围对该电机定子阻抗进行了测试.结果表明,利用有限元法计算得到的电机定子阻抗特性与实际测量值相符.

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。

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。

行波型超声波电机PWM驱动控制系统研究

针对行波型超声波电机的驱动特点和要求 ,结合脉宽调制技术 (PWM ) ,研制出一套适合于行波型超声波电机的PWM驱动 控制系统 ,该系统采用变频调速方式对电机进行闭环控制。实验结果表明 ,PWM驱动 控制系统的性能稳定、可靠 ,是行波型超声波电机驱动的一种新的探索。

行波型超声波电机摩擦特性的实验研究

超声波电机是通过逆压电效应产生高频振动并通过摩擦实现驱动的电机,其定转子摩擦接触面的高频、微幅的行波振动有其特殊性,跟以往的摩擦接触显著不同,并对电机的换能效率、电机寿命和摩擦材料的选择等都有影响.本文建立了超声波电机定转子接触面摩擦系数测量装置,通过试验比较了摩擦接触面在常规、定子驻波振动以及行波振动下的动态摩擦系数,分析了定子相对转速(速度)、预紧力以及温度对定转子接触面摩擦系数的影响.根据摩擦二项式和电机定转子表面弹塑性接触状态对摩擦系数与预紧力等的对应关系进行了说明,分析了驻波振动和行波振动的超声减摩效果以及温度对摩擦系数的影响,确定了适合行波型超声波电机的摩擦系数计算模型.超声波电机的驱动摩擦特性是1项基础性工作,有助于行波形超声波电机设计、建模和驱动控制等.

航天用系列行波型超声波电机的研制

简述了超声波电机在航天领域的应用情况,并介绍了所研制的系列行波型超声波电机(直径分别为80mm、60mm、45mm和30mm)的结构形式、摩擦材料、粘结工艺、温度特性、机械特性和瞬态特性,提出了神经元自适应PID算法实现高精度的速度和位置控制。结果表明其具有良好的特性,适用于空间机器人、登月车、太阳能帆板、CCD等空间机构的驱动,并结合航天领域的应用要求,提出了下一步的研究重点。

行波接触型超声波电机定子齿对电机性能的影响

本文对行波接触型超声波电机定子振动情况进行了分析 ,得到定子振动的固有频率和幅频特性 ,阐述了电机中定子齿的设置对定子振动的作用。针对三种不同的定子环模型 ,分别讨论了定子齿对固有频率、振幅及电机转速的影响 。

大转矩行波型超声波电机的研制

为增加行波型超声波电机的转矩,该文提出了一种独特的G型支撑结构,并用有限元法研究了它对横向振幅和定转子间接触面积的影响。此外,还用三维有限元法计算了振幅和输出功率与定子齿高的关系,对摩擦材料的选用及转子结构的设计也进行了一定的考虑。为使电机的转矩进一步增大,还制作了一个双振子电机。实验结果表明电机的转矩性能确实可以得到明显改善。

行波型超声波电机制作工艺的研究

文章介绍了经多年研制而成的 ,直径分别为 :30mm、45mm、6 0mm和 10 0mm的系列行波型超声波电机 ,描述了它们的结构 ,阐述了电机制作工艺 。

行波型超声波电机及其速度控制特性的研究

超声波电机是一种新型摩擦驱动器。由于它是利用压电陶瓷的逆压电效应形成的弹性波作为激励源，所以，该电机同传统的电磁式电机相比，具有小型轻量、无电磁干扰、响应速度快等特点，是微机械、医疗器械、航天航空等领域中理想的驱动器。本文阐述了行波型超声波电机的工作原理，并研制出直径４０ｍｍ的旋转式行波超声波电机的实验样机，作者分析了该样机的速度控制特性，提出ＰＷＭ是行波超声波电机理想的控制方式。

二自由度行波型超声波电机的研制

二自由度行波型超声波电机是一种新型多自由度超声波电机,其电机结构较复杂和实现相对困难,但其又具有独特的优点。从二自由度行波型超声波电机的驱动机理和基本结构出发,阐述此类电机所需要解决的一些基本问题,并就电机的结构实现、驱动球转子的最佳定子结构以及调谐问题进行了分析和介绍,具体提出了对心对中调节机构、外缘大倾角内缘线接触的行波定子、以及微调定子外缘倾角的调谐方法。研制样机的球转子直径为45mm,定子直径为30mm,实现的堵转力矩为119mNm,空转转速12r/min,且各方向运转平稳,输出性能比较一致,为多自由度行波型超声波电机的优化设计、性能提高和控制等奠定了一定基础。

二自由度行波型超声波电机定子的优化研究

本文从二自由度行波型超声波电机的驱动机理和基本结构出发,对定子结构进行了分析和介绍,利用所建立的有限元模型进行定子振动的模态分析。然后以电机定子表面点的振幅最大化为优化条件,对定子的结构进行优化。接着用ANSYS软件对定子进行不同倾角下的模态分析,得到定子谐振频率和倾角的关系。最后结合所设计的定子使用激光测振系统进行测试,用于确定最佳的定子倾角。测试结果表明,优化的定子使得定子表面点的振幅较大。

空间用二自由度球形行波型超声波电机

介绍了一种超声振动驱动的二自由度行波型超声波球电机的结构和机理,给出了其研制过程中若干关键问题的解决方案,阐述了实现其运动位姿控制采用的结构及控制方式,最后探讨了此类电机在空间机构的若干应用及所需解决的一些问题。研制样机的球转子直径为45mm,定子直径为30mm,实现的堵转力矩为120mNm,空转转速12r/min,且各方向运转平稳,输出性能比较一致。该电机可用于各类空间机构。

三自由度行波型超声波电机的静力学分析

从三自由度行波型超声波电机的驱动原理与基本结构出发,使用变换矩阵得到了定转子的位置变换关系,进而分析了球转子的受力情况,并给出了定转子接触圆周的接触力方程.根据球转子和各个行波定子的力平衡方程,得到了球转子球心的微位移和行波定子的轴向压紧量与行波定子的轴向压紧力的关系方程.仿真分析表明,对电机定子施加对称的压紧力、增大定子轴线与基本坐标系轴线的夹角和减小定子半径,能够减小定转子接触圆周上定子与转子不相互接触的区域,使电机性能得到充分发挥.

二自由度行波型超声波电机的轨迹控制

对二自由度球形超声波电机来说,轨迹控制是输出性能的重要环节。对二自由度球形超声波电机进行了轨迹(路径)控制。首先以定子表面行波波峰点周向角速度的极小范数为优化目标,结合单个定子的调速和电机运行矢量原理作为电机运行模式的模型。为了实现球转子姿态的测量,采用了一种类似机械鼠标原理的球转子位置检测方法,再结合电机运行模式求出各个定子驱动电压的相位差,然后采用神经元PID算法来实现电机闭环轨迹控制。闭环控制下,电机转子运行时各个方向的误差控制在2个脉冲以内。

行波型超声波电机驱动系统的设计与计算

在介绍了行波型超声波电机结构和基本工作原理基础上，给出了超声波电机的基本关系式和等效电路；针对其特点，提出了该类型电机驱动系统的基本要求；据此设计了一套行波型超声波电机的驱动系统；该系统除满足基本要求外，还具有结构简单、振动幅值自动跟踪、功率因数补偿等功能；经在自行设计的电机上长时间运行表明，该驱动器能满足实用的要求。

行波接触型超声波电机特性与控制研究

行波接触型超声波电机的工作原理与电磁型电机的工作原理截然不同 ,本文对其控制系统各组成部分作了分析 ,给出了控制器输出波形 ;并对行波接触型超声波电机定、转子之间的摩檫传动进行了研究 ,提出了电机效率计算方法 ,对机械特性与效率曲线进行了计算 ,计算结果与实验测试结果相符合。