基于PWM的超声直线电机驱动源设计

根据复合材料超声直线电机振动体具有两个固有频率的特点,设计了一种能综合调整激励信号幅值及频率的超声直线电机驱动源。采用微控制器的脉宽调制(PWM)输出作激励信号,结合光栅编码器获取电机的位置信息,实现了电机位置、速度及运行方向控制。

一种新型压电超声直线电机的研究

介绍一种利用层叠压电元件轴向伸缩振动的压电超声直线电机的工作原理、驱动方法,并设计、制作了电机样机,对电机进行了性能测试。该电机的振动体为棒形,移动体是与振动棒圆柱面接触的一个圆柱环。利用振动体的轴向伸缩振动即可实现移动体的前后移动,改变驱动信号的频率,可改变移动体的移动方向。这种电机结构简单、驱动电源为单相,容易实现小型化。而圆柱面接触增加了电机的推力,使该电机更易于实用化。非常适合用于物体精密定位、精细物料输送或振动切割工具。

复合材料超声直线电机及其冲量分析模型

针对复合材料超声直线电机振动体与导轨表面间存在冲击作用的特点，提出一种冲量分析模型计算电机的摩擦驱动力和摩擦转换效率。

各向异性材料超声直线电机

提出一种利用各向异性材料（ＣＦＲＰ）作为振动体的新型超声直线电机，分析了它的工作原理，建立了振动体的动力学方程，求出两个固有频率，分别对应电机的两个运动方向实验研究了电机的驱动力和速度，结果表明电机的最大驱动力为０．５Ｎ，速度为０～８ｍｍ／ｓ，与驱动电压有良好的线形关系。

超声直线电机工作过程仿真

在建立超声直线电机三维参数化模型的基础上,应用压电耦合理论、有限元理论和技术,开发了超声直线电机的虚拟样机系统;在模态分析的基础上,确定了该型电机的关键结构参数;对超声直线电机的工作过程进行了瞬态分析.瞬态分析结果表明,单脉冲驱动进给量可以达到纳米级;其z相位移与时间不是严格的线性关系.根据仿真研究结果,加工制造出了超声直线电机.初步试验结果表明,超声直线电机工作性能与仿真分析结果基本一致.

基于复合材料超声直线电机振子的有限元分析

用有限元数值分析法,研究了一种利用各向异性的复合材料作为振动体的超声直线电机模型。首先,在各向异性复合材料振动体的振动解析基础上,建立碳纤维增强型复合材料(CFRP)振动体的数值分析模型;然后,研究复合材料超声直线电机的多种振动模态;最后,分析CFRP纤维角不同时对电机性能的影响。结果表明,电机在B(1,1)振型下具有最简振动模态,CFRP的纤维角为45°时电机工作性能最好。表明有限元法是研究复合材料超声直线电机的有效方法。

复合材料超声直线电机振动体表面微振动的测试研究

针对新型复合材料超声直线微电机CFRP(CarbonFiberReinforcedPlastic)振动体的振动模态 ,建立了测试振动体表面微振幅和固有频率的光机电系统 ,设计了求解最大多普勒频移的快速搜索算法 ,分析了误差产生的机理 。

面内模态超声直线电机对比实验研究

对矩形薄板面内振动纵弯模式的直线型超声波电机进行了驱动机理、建模、设计制作及实验等方面展开研究,设计制作了两款定子结构相同,同时对其它方面包括压电陶瓷的分区极化、激励方案、驱动足位置等进行优化配置的两种样机,并进行了初步实验,对比研究与分析,发现双驱动足电机在稳定性及速度等输出性能上优于单驱动足电机。

基于Workbench薄板面内振动超声直线电机振子仿真研究

矩形薄板面内振动模态的直线型超声波电机振子的一阶纵振和二阶弯振模态频率一致性直接影响到电机的输出性能和控制精度.本文利用Ansys Workbench16对电机的不同尺寸的振子进行了仿真研究,得出了振子固定中心通孔尺寸及双驱动足的位置对频率一致性的影响.

驻波型直线超声波电机接触特性有限元建模与分析

超声波电机接触摩擦是影响电机性能的关键环节,建立超声波电机的接触模型对电机性能优化具有重要作用。现有对驻波型超声波电机接触问题的研究,大多采用解析法,需要采用较多的简化假设,难以准确反映电机实际结构及真实接触情况。针对这一问题,采用有限元法,对驻波型直线超声波电机接触特性进行建模和分析。首先,考虑定子复合结构,建立定子三维有限元模型,分析定子在外加电压作用下的振动响应,得到定子振动位移表达式。在此基础上,考虑定子与动子的结构和接触特点,建立定、动子接触三维有限元模型。基于所建立的模型,分析了定、动子的接触状态、接触压力分布,并研究了驱动电压大小和预压力变化对接触特性和电机性能的影响。最后,搭建试验测试平台,测量了电机的输出特性,并与理论计算值进行对比,对比结果验证了所建立的定、动子三维有限元接触模型。

一种纵弯复合模态直线超声电机的研究

本文提出了一种纵弯复合模态超声电机,通过两相电信号激励电机振子产生一阶伸缩及三阶弯曲模态,在驱动足处耦合出椭圆轨迹,并利用摩擦力驱使动子运动。利用有限元软件优选出压电振子基体的结构尺寸、两模态振型及两模态频率差并设计制作原理样机,对原理样机的振动特性及输出性能进行了测试。在240 V峰峰值驱动电压时,原理样机的最佳驱动频率为36.783 kHz,对应的最大空载速度为21.66 mm/s,最大推力0.12 N。

基于径向基神经网络的直线超声电机位置控制

针对直线超声电机的精密位置控制,提出了一种基于径向基神经网络的自适应控制机制。鉴于直线超声电机工作原理,其运行状态必然受到摩擦、强非线性和时变等不确定性因素的干扰,为了对这些不确定性因素进行有效的逼近,采用了径向基神经网络。为了提高控制机制的自适应能力,首先利用来自试验数据的训练样本按正交最小二乘算法确定径向基神经网络的隐层单元的个数和相关参数,再按递推最小二乘法在线调整隐层与输出层之间的权重。试验结果表明,基于径向基神经网络的自适应控制器的性能不仅优于传统的PID控制和误差反向传播神经网络控制,而且具有很好的抗干扰能力。

基于虚拟仪器的直线超声电机机械特性测试

针对直线超声电机机械特性测试问题,建立了基于虚拟仪器的直线超声电机机械特性测试系统。设计了力与速度测试系统,为测试的直线电机提供加载,配置的压力传感器与直线型光电编码器分别用于电机输出力与速度的测量,利用虚拟仪器技术搭建了测试硬件平台。利用虚拟仪器编程语言LabVIEW对各个模块进行软件设计,以实现各自的功能。利用该系统对杆式直线超声电机和双变幅杆V形直线超声电机的机械特性进行了测试,测试结果证实该测试系统的可行性,为直线超声电机机械特性测试提供了所必需的条件。

直线超声电机驱动精密二维定位平台系统

针对当前精密作动技术领域对精密定位系统提出越来越高的要求，设计了一种由蝶形直线超声电机驱动的二维精密定位平台系统。该定位平台系统行程为50mm×50mm，以直线型增量光栅编码器作为位置反馈元件，通过上位机编程实现运动控制卡对精密定位平台系统进行控制。为了实现直线超声电机的驱动，设计了一种新型直线超声电机驱动器，实现驱动电压和驱动频率的独立控制。在控制过程中，通过使用复合控制技术，同时结合直线超声电机具有高分辨率步进的控制特性，最终使系统达到高精度运动的控制效果。实验结果表明，在0～50mm行程内，实现了小于0．28μm的定位精度。

一种基于纵弯夹心式换能器的直线超声电机

该电机利用夹心式换能器激励纵向和弯曲振动,通过一定相位差,在驱动足上形成椭圆振动轨迹。采用了指数形变幅杆放大纵振振幅以提高电机速度。利用经典换能器变幅杆理论确定换能器和变幅杆尺寸和纵向谐振频率,并辅以有限元方法来简并纵向和弯曲振动频率。驱动足处于变幅杆不同位置时驱动椭圆振动轨迹有所不同。用有限元法研究了不同形态的椭圆振动轨迹对电机输出性能的影响,发现当驱动足位于弯曲驻波波腹处电机性能最稳定。样机的最大速度480mm/s,最大推力25N。

杆结构直线超声电机的结构设计和功率流分析

针对杆截面的突变会降低振动波传输效率的问题,提出基于连续变截面兰杰文振子的设计方法。讨论杆截面的突变对振动波传播的影响,研究连续变截面杆的振动放大系数和功率流特性,并给出连续变截面杆的轮廓函数。最后设计了具有连续变截面振子的直线电机,该电机最大推力为21.4N,最大速度为235mm/s,推重比为25(驱动电压峰峰值为300V)。试验研究了电机的速度-频率、速度-相位差、速度-电压之间的规律,结果表明该电机具有良好的输出特性。

一种应用正态分布理论的直线超声电机精密定位控制方法

针对直线超声电机在精密驱动过程中存在较强的非线性、时变性及控制模型复杂等问题,提出了一种基于正态分布理论统计直线超声电机驱动电压与速度/位移关系的方法,结合模糊逻辑控制技术,实现了对直线超声电机精密定位控制。利用宏微驱动控制模式对超声电机驱动的平台进行大行程、高精度定位实验研究,实验结果表明采用所提方法,当行程为5 mm时,稳态误差小于5 nm,能抑制系统的超调,改善系统动态性能。同时,由于直线超声电机动态保持力非常大,使得系统具有良好的抗扰动能力。

直线超声电机设计、建模和应用的研究进展

直线超声电机作为一种新型作动器,以其独特的结构和驱动原理,在高新技术领域有着广泛的应用。首先,回顾了电机结构设计方面的研究进展,提出了电机的设计理论和方法,阐述了电机结构形式的演化和夹持结构的设计方法;其次,介绍了有关电机理论模型的研究进展,提出了定子机电耦合模型、摩擦接触模型和定/动子冲击模型等;最后,报道了直线超声电机在高精度运动平台、细胞显微操作、微夹持器和绝对重力仪方面的最新应用。

用于精密定位平台的直线超声电机的异步并联

提出了直线超声电机异步并联的概念以提高精密定位平台驱动单元的位移分辨率、输出力及速度。基本原理是若干定子(或振子)在一个振动周期内交替驱动动子(或转子),使实际的驱动频率成倍提高,可以获得更好的输出性能。分析显示,提高定子与动子之间的接触频率可以提高输出力和速度,改善瞬态响应特性,并可避免同步并联方式下定子的相互干扰问题。两种电机异步并联的实验结果表明,两个定子异步并联时的最大负载力比两个定子同步并联提高了30%以上,比两个定子单独驱动时的推力之和提高25%以上。最小分辨率测试实验表明,异步并联时最小位移分辨率达到32.6nm,是单个电机的62.8%,是同步并联的38.5%。单驱动头电机的实验还表明,异步并联时空载直线速度比单个定子和两个定子同步并联时都提高了10%以上,最大效率比两个定子同步并联驱动时提高约50%,瞬态响应时间比同步并联更短,约为单个定子驱动时的50%。

一种弯曲模态直线超声电机的研究

提出了一种改进的弯曲模态直线超声电机。该电机利用兰杰文振子两相正交的3阶弯曲振动,在其驱动足处形成椭圆运动,推动动子运动。采用超声变幅放大了定子驱动足处的振幅。利用有限元方法用来设计定子的结构尺寸。实验表明,在电压峰-峰值200V下,该电机最大空载速度为113mm/s,最大输出力为10N。