超声波电动机的原理与发展动态

介绍了行波、驻波、纵扭复合型超声波电动机的原理及各种超声波电动机的性能区别。列举了各种新型电动机，并对超声波电动机的发展趋势作了简介。     

The Principle and the Earlier stage Constructional Design of Hybrid Ultrasonic Motor

】　从复合式超声波电动机的结构入手，对其进行了分类，定性分析了不同结构超声波电动机的工作原理及其特性，并对纵-扭复合式超声波电动机设计中的关键问题进行剖析，为电机的结构设计提供理论依据。     

纵扭超声波电动机的驱动接触有限元模型

自编了计算纵扭超声波电动机的驱动接触模型的有限元分析软件，该软件使用二维轴对称结构压电耦合有限单元，能够进行定子的模态和谐响应分析，以及定、转子接触过程（瞬态到稳态）分析。最后分析计算了直径32mm纵扭超声波电动机的振动模态、谐响应和输出特性，得到力矩-负载、转速-负载、力矩-转速曲线，计算结果与实验结果十分吻合。     

复合式超声波电机的原理及前期设计

从复合式超声波电动机的结构入手,对其进行了分类,定性分析了不同结构超声波电动机的工作原理及其特性,并对纵－扭复合式超声波电动机设计中的关键问题进行剖析,为电机的结构设计提供理论依据。     

大扭矩超声波电机的结构分析

比较行波型和驻波型超声波电机的驱动机理,简单介绍几种大力矩的超声波电机及其工作原理,分析纵扭复合式超声波电机的结构,归纳出纵扭复合式超声电机的设计步骤,并设计了一台直径为８０ｍ ｍ 纵扭复合式超声波电机的样机     

一种中空短柱径向-扭转振动复合型超声波电动机

纵扭复合型超声波电动机比其他类型的超声波电动机更具低速大力矩的特点,可实现高精度直接驱动,可作伺服电动机使用,适合于多种场合,特别是航空航天等军事领域.由于纵、扭振动在定子中的传播速度不一样,其纵、扭两相谐振频率的调谐一直是个难题.本文提出了一种新型的径向-扭转复合型超声波电动机,利用了定子径向振动时因泊松效应产生的纵向振动,其实质是径向振动和扭转振动的复合,是一种变形了的纵扭复合型超声波电动机.其定子具有中空、短柱等特点,可方便实现一阶径向振动与一阶扭转振动谐振频率的调谐及其结构等的优化.文中给出了中空短柱的电动机定子结构,建立了径向振动的理论分析模型,分析了其调谐原理和过程,并结合ANSYS有限元计算实现定子结构优化设计.最后根据上述理论研制了Φ60mm的样机,实现的样机性能较好,其空载转速为25r/min,堵转力矩为5N·m.这种超声波电动机较以往电动机具有轴向尺寸小、重量轻和无噪声等优点.     

复合振子型直线超声电动机的发展与研究现状

概述了直线型超声波电动机的运动机理和特点,分类总结了国内外行波型、驻波型、复合振子型、仿生步进型等四类典型直线型超声波电动机的发展及其研究现状,指出了直线型超声波电动机在理论建模、运动控制、工程应用等方面存在的问题及研究内容,明确了超声波电动机的发展方向.     

平面超声波电动机的研究

提出了一种新型平面超声波电动机.电动机采用单定子十字正交纵弯夹心换能器结构,4个驱动足位于相应端部第一个弯曲驻波的波腹处.借助有限元法,分析电机结构参数对纵振和弯振特征频率的影响趋势,调整结构参数将纵弯模态特征频率简并至22463 Hz.建立驱动足运动轨迹的数学模型,借助有限元瞬态分析,对驱动足振动轨迹进行仿真,实现对所建立振动轨迹数学模型的验证.     

基于ANSYS的直线超声波电动机仿真

研究了一种纵弯复合型的直线超声波电动机,介绍了其结构和工作原理,运用ANSYS 11有限元分析软件建立了压电振子的有限元模型,对压电振子进行了模态分析、谐响应分析、瞬态动力学分析和接触分析.通过仿真得到了压电振子的振型,计算了压电振子的产生纵弯复合振动的最佳频率,验证了压电振子驱动足的椭圆运动的形成,并通过接触分析证明了这种直线超声波电动机的可行性.仿真结果对纵弯复合模态的直线超声波电动机的设计具有重要的指导意义,为直线超声波电动机的制作和实验研究奠定了基础.     

短柱型超声波电动机的优化设计

柱体型超声波电动机起步较晚，但也出现多种多样的结构，佳能公司已经将其用于照相机的调焦装置。从环形到小型柱体超声波电动机的变化，说明了柱体电机在小型化领域的生命力。日本的Mi-noru Kurosawa于1989年首先介绍了柱体超声波电动机。KuiYao和BurhanettinKoc于2001年介绍了将纵振动转换为弯曲振动的一种新型柱体超声波电动机。     

Adaptive control-based high-performance drive system implementation of traveling-wave-type ultrasonic motor

In recent years, ultrasonic motors (USM) as new actuators have attracted special interest. Several kinds of constructions and characteristics of USMs have been reported so far. Of these USMs, a traveling wave-type USM has many characteristics such as: high torque in the low-speed range, large holding torque based upon frictional force, flexible free forms, compactness in size and low magnetic noise. In practice, an inherent mechanical resonant frequency and a velocity amplitude of USM are changed largely according to operating temperature due to frictional drive, load disturbance torque, and applied voltage levels. Therefore, it is necessary to develop a new control system which solves these items and always supplies the required power with high efficiency and high performance in the practical applications. This paper proposes mainly a new sensorless high-performance control scheme of an inverter-fed ultrasonic motor, which is based on a control system technology with two feedbacks incorporating automatic resonant frequency tracking and constant velocity amplitude control strategies. This control system is realized in terms of a high-frequency chopper and a two-phase series/parallel resonant inverter. The experimental results are demonstrated and discussed compared with the theoretical ones.     

行波型超声波电机的特性计算与驱动系统的设计

在介绍了行波型超声波电机结构和基本工作原理的基础上,给出了超声波电机的基本关系工和等效电路,利用等效电路对该电机的机械特性进行了分析计算,针对超声波电机的特点,提出了该类型电机驱动系统的基本要求,据此设计了一套驱动系统。利用该驱动系统对所制作的超声波电机进行了实验,获得令人满意的效果,从而验证了方案的有效性。     

New fuzzy reasoning-based high-performance speed/position servocontrol schemes incorporating ultrasonic motor

A high-performance servo control scheme using compact ultrasonic motors (USMs) as actuators has not yet been practically realized in modern industry and office automation systems because the dynamic and steady-state modeling of USMs is almost impossible from a theoretical point of view. A high-performance speed/positional servo control scheme based on modern fuzzy reasoning concepts and featuring a traveling wave-type USM with high torque at low speed range is presented. The control method of the USM servo system using inverter frequency and voltage control strategies for the speed and amplitude of the traveling wave on the USM stator and the phase difference control scheme between two-phase high-frequency inverters are demonstrated and evaluated using experimental results. In particular, the control implementation is described from a practical viewpoint     

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。     

超声波电机模糊-PI双模自适应速度控制

行波接触型超声波电机与传统电磁型电机截然不同 ,其驱动力矩并非由电磁感应产生 ,而是由压电陶瓷超声频域的振动转化而来。参数的时变性、系统内在的非线性、系统的强耦合性等原因导致其动态和稳态数学模型难以获得。在未知控制对象精确参数及数学模型的情况下 ,提出了超声波电机的模糊 -PI双模速度控制策略 ,系统根据工作状况随时调整控制模式。实验表明 ,系统较好地实现了设定的速度参考模型的自适应跟踪 ,具有控制灵活、适应性强的优点 ,又具有较高的控制精度。     

基于遗传算法的超声波电机模糊自适应速度控制

行波接触型超声波电机是一种利用压电陶瓷的逆压电效应工作的新原理微特电机，与传统电磁型电机截然不同，其驱动力矩并非由电磁感应产生，而是由压电陶瓷超声频域的振动转化而来，参数的时变性，系统内在的非线性、系统的强耦合性等原因导致其动态和稳态数学模型难以获得。在未知控制对象精确参数及数学模型的情况下，该文提出一种新的超声波电机自适应速度控制策略。控制系统包括两个闭环，内环用来补偿由于温度变化造成的机械谐振频率漂移，可以增强响应的快速性与准确性，另一闭环为频率调节环，频率值由模糊控制器根据工作状态随时调整，其模糊控制规则基于遗传算法在线调节。系统较好地实现了设定的速度参考模型的自适应跟踪，具有控制灵活，适应性强的优点，又具有较高的控制精度和较好的稳定性。     

圆柱定子3自由度球转子超声波电机驱动控制技术的研究

驱动控制电源的设计和制作直接决定了超声波电机的输出性能，国内超声波电机产业化空白的最主要原因之一是驱动控制手段的落后。该文从原理上提出了3自由度超声波电机驱动控制电源的要求，以自行设计的圆柱定子3自由度球转子超声波电机为驱动控制对象，设计并实现了3种可用于3自由度驱动控制的电源。一种基于高频开关电源技术设计，适用于一般的控制，第二种对两相驱动控制电源的改进设计，适用于实验室调试，性价比较高，另一种是基于DSP技术的驱动控制电源，适用于超声波电机的产业化制造。实验证明，3种驱动控制电源适用于任意一种结构的3自由度超声波电机的驱动控制，并通过对电机输出性能的测试，验证了3种驱动控制电源的可行性和正确性，为提高3自由度超声波电机的能量转换效率和进一步增大电机的输出性能奠定了必要的技术和理论基础。     

超声电机的等效电路模型及其参数辨识

超声电机的数学模型对电机的结构设计、工作特性分析、驱动控制以及提高运行效率都有重要的意义,但由于其时变和非线性特性,使电机参数的测量成为研究热点。文中基于电机振子的等效电路模型,用参数辨识的方法得出其参数,为电机驱动过程中阻抗的动态匹配和电机工作效率的提高打下基础。     

基于LabVIEW超声马达谐振频率的实验研究

该文对超声马达谐振频率的时效性及不同预压力、电压激励下谐振频率特性的理论分析，采用基于LabVIEW开发平台的阻抗测试系统，自动测量超声马达阻抗特性、谐振频率及其相位，得出超声马达的谐振频率一般会随着预压力的增大而变高，谐振频率和品质因数随着激励的增加而减小，随测试时间而略有变化，并在RTWUM60样机上得到了实验验证，其输出曲线和数据对于超声马达谐振频率的获取、等效电路的导出、马达参数的识别及相应的控制策略均有重要指导意义。     

超声波电机发展、建模研究及展望

超声波电机是一种利用压电陶瓷的逆压电效应使定子产生超声振动 ,并通过定子和转子间的磨擦来驱动转子运动的新型电机 ,工作原理不同于传统的电磁电机。本文简单介绍了超声波电机的发展历史及到目前为止超声波电动机的建模研究 ,并在此基础上指出超声波电机的发展方向