行波超声电动机的动力学模型

以半解析环形单元对旋转型行波超声电动机的定子进行径向离散,基于动态子结构和Guyan缩聚的思想提出考虑齿的影响的方法并得到了定子的半解析动力学模型,该模型在保证精度的同时达到缩减计算量的目的。分析定子上的齿和转子的三维接触驱动机理,结合转子的动力学描述得到了整个旋转型行波超声电动机较为完整的数学模型。由此给出的仿真结果与电动机的输出特性试验吻合,分析了齿对电动机特性的影响．并证明界面力沿径向的分量导致的能量损耗不可忽视,进一步指出若在接触模型中忽略界面上的径向滑动造成的损耗,其性能仿真与试验结果则有较大偏差。该模型较真实地反应电动机的特性,可用于旋转型行波超声电动机性能的精确预测和结构参数设计。

行波超声波电动机转子的设计

文章分析了行波超声波电动机定转子接触配合情况 ,提出了转子的设计方法。

行波超声波电动机性能分析及其优化设计

以行波型超声波电动机为研究对象 ,开发了超声波电动机性能仿真分析软件。利用该软件可预测出处于设计阶段的超声波电动机的输出特性曲线及各项动力学特性指标 ,还能对定子尺寸、压电陶瓷厚度、模态阶次、预压力等等对超声波电动机性能有显著影响的参数作变参数分析。以此为依据 ,提出了超声波电动机优化设计的原则 ,阐述了超声波电动机优化设计的实现过程 ,特别对工作模态的选择和预压力及输出特性的选定进行了详细分析 。

行波型超声波电动机摩擦材料的寿命预测模型

针对转子摩擦材料与定子的动态接触过程,提出摩擦材料的磨损是由定子上的波峰一次次包络而产生。借助行波型超声波电动机定子和转子的粘弹性接触模型,推导出法向压力分布和定子与转子相对滑动速度函数,代入Archard经典磨损计算公式,建立了行波型超声波电动机摩擦材料的磨损寿命预测模型。在建模中,利用了行波中位移和时间参数之间的特定关系,分析定子和转子的接触区间大小,并考虑摩擦材料厚度变化。基于所建立的模型,模拟迭代出一种行波型超声波电动机的摩擦材料磨损寿命预测曲线。结果表明,磨损寿命预测曲线与试验结果相一致,证实了预测模型的合理性。

基于相空间重构的两相行波超声波电动机混沌运行分析

对超声波电动机驱动系统中存在的混沌现象进行了初步探求。设计超声波电动机转速闭环控制实验,获得驱动电压幅值变化的多组采样时间序列,并采用相空间重构方法对这些时间序列进行了混沌分析。计算得到的最大Lyapunov指数为正数,表明行波超声波电动机在一定工作条件下呈现出混沌特性。

行波型超声波电动机柔性转子结构设计

对行波型超声波电动机采用的柔性转子结构形式进行了研究,利用三维建模软件Solidworks对一种结构形式的柔性转子进行了建模,并利用其自带的有限元分析软件COSMOSWorks对转子做了静态载荷仿真分析,得到了在一定预压力下柔性转子的最小安全系数、静态位移和应力分布图。实验结果表明:仿真结果对转子的设计和生产装配有重要的参考价值。

基于双DSP和FPGA的行波超声波电动机测控系统

根据对行波超声波电动机(TUSM)测试和高精度控制的要求,设计了基于双DSP和FPGA的超声波电动机高性能测试控制平台。其中控制核心采用了双DSP结构,可以在对行波超声波电动机进行控制的同时,将必要的参数读取出来进行分析和研究;采用现场可编程门阵列(FPGA)的直接数字频率合成(DDS)电路来产生控制开关管导通关断的两相四路高精度PWM波,减轻了DSP的负担。驱动部分采用全桥电路对信号进行功率放大。该系统的优点在于实时性好、精度高、功能完备。最后以直径为60mm的行波超声波电动机为例,测试分析了驱动频率、电压以及相位差等调节量对电机输出的影响,验证了该系统的性能。

基于弹性联轴环节的行波型超声波电动机瞬态特性

计及了联轴节等环节的弹性和定转子力传递模型,建立了描述瞬态特性的运动微分方程,并给出其解。利用超声波瞬态特性测试系统,理论和实验验证了上述模型的准确性和有效性,并重点指出了影响响应时间的阻尼系数主要来源于接触面的摩擦阻尼,而非电机转轴上摩擦阻尼。

中空环形行波超声波电动机赫兹接触模型

对中空环形行波超声波电动机定转子的赫兹接触模型进行了研究。首先,基于赫兹接触理论,分析了在法向预压力作用下定转子间的周向接触长度以及接触区内的赫兹接触压力的分布情况;接着,分析定子接触面质点和转子间的相对运动,结合接触压力分布情况,得到转子的输出转矩;最后,比较了不同运行状况下电机的输出特性,并将电机正常工作时的转矩-转速特性的理论分析结果与实验测试结果进行比较,二者基本吻合,验证了所提出的理论模型。

行波超声电动机驱动电源的设计研究

基于行波超声电动机驱动系统的工作原理,利用现代开关电源技术,设计出了一种推挽式智能型高频驱动电源实验结果表明该电源可自动跟踪电动机的谐振频率。

行波超声电动机驱动控制系统设计

提出基于8254的行波超声电动机驱动计算机控制系统,控制系统电路简单,对二个相差90°的方波驱动信号控制相当方便,实验结果表明:系统不仅可实现频率和相位控制。

环形行波式超声电动机调相控制策略研究

文章分析了超声电动机调相调速的机理 ,提出了基于单片机控制的超声电动机调相调速系统 ,并且设计了相应的硬件电路和应用软件。实验表明 ,该系统具有低速起动平滑 ,线性度好 ,无需换向开关 ,调相调速范围宽等优点。另外该系统对谐振频率实施在线搜索跟踪 ,保证了超声电动机的优良性能不变 ,这是该系统的又一特点。

基于能量等效的行波型超声波电动机分析模型

利用能量等效原则把环形压电复合定子等效成等直梁结构,综合考虑压电复合定子的机械损耗(包括压电陶瓷和金属基体的损耗)、转动惯量和剪切变形,利用铁木辛柯梁振动理论得到了压电复合定子在自由状态下的频率方程和受迫状态下的振动解析解;利用库仑摩擦接触理论建立了定、转子之间的力传递模型,探讨了接触角与定、转子预压力、振动幅值、摩擦材料弹性刚度之间的关系,给出了电机稳态时的输出力矩表达式,并分析了电机能量损耗的组成,通过把定、转子接触面的摩擦损耗和转子的输出功率等效为定子振动的弯曲阻尼损失,建立了电机的输出效率表达式,从而系统地建立了基于能量等效的行波型超声波电动机特性的解析模型。

行波超声电动机定子性能的有限元仿真

利用ANSYS软件 ,基于旋转型行波超声电动机 ,建立了圆盘形定子 (包括压电体和弹性体 )有限元模型 ,考虑压电效应 ,探讨了不同压电陶瓷对超声电动机定子性能的影响 ,给出了定子振动模态、谐振频率、定子表面质点运动轨迹与压电陶瓷的材料特性间的关系 ,仿真与试验数据吻合良好 。

行波超声波电动机混沌建模与分析

作为一个复杂的非线性动力学系统,在一定的参数范围和外部输入条件下,行波超声波电动机系统存在复杂的混沌运动,但至今未见相关研究。在建立行波超声波电动机非线性混沌分析模型基础上,分析行波超声波电动机转速控制系统的Lyapunov指数谱、分岔图及电压相对于转速的轨迹图等非线性运行特性,为超声波电动机的混沌控制及反控制研究奠定了基础。

中空形行波超声波电动机的研究

研究了一种新型中空形行波超声波电动机,电机定子呈圆环形,内孔为正十六边形,16片压电陶瓷依次粘贴在定子的内表面。定子齿呈锥形,并在圆环外表面呈周向排布。利用ANSYS软件对定子进行模态分析,确定选用,四阶面内弯振模态作为电机的工作模态。对定子进行谐响应分析,通过施加不同的电压值研究质点位移随电压的变化情况。研究证明了电机设计的合理性。

温度对超声波电动机起动阶段位移分辨率的影响

以微幅振动经摩擦驱动的超声波电动机,由于自身发热的作用,导致定子振动特性发生变化,进而对其位移分辨率产生显著影响。从超声波电动机用压电元件特性出发,分析了特性波动的因素。应用单片机作为控制器,测试了运行不同阶段温度下旋转型行波超声波电动机的位移分辨率。研究发现:在起动阶段,超声波电动机本体温度变化对压电元件性能影响是非线性的,它是超声波电动机分辨率波动的主要因素之一,为在起动阶段具有高分辨率的超声波电动机设计提供依据。

谐波减速式超声波电动机的设计与实验研究

提出并设计了一种低速输出的谐波减速式行波超声波电动机,分析了其工作原理,并利用样机研究了行波超声波电动机和组装后的谐波超声波电动机的频率速度特性,获得双面齿行波超声波电动机和谐波减速式超声波电动机的最大空载速度,且实验获得的传动比比设计的理论传动比大20%。实验结果表明该电机能够低速可靠的运行。

自适应模糊滑模控制超声波电动机研究

研究一个将模糊逻辑控制与滑模控制相结合的控制策略。通过模糊控制策略获得一个等效控制器,在模糊逻辑控制规则中,使用边界层(滑模)方法设计了一个对相应的参数在线自适应调整算法,避免系统的抖动问题,并获得了准确的轨迹跟踪。仿真研究表明,设计的自适应模糊滑模控制器,在存在未知扰动的情况下表现良好。

基于延时反馈的超声波电动机混沌控制

超声波电动机转速控制系统在一定的参数范围内会出现混沌行为。为了控制超声波电动机转速控制中的混沌行为,设计了参数自适应延时反馈控制器。仿真结果表明,该控制器能够控制系统的不稳定周期轨道,从而消除混沌,使系统从混沌状态进入稳定状态。