超声波电动机导纳测试与动态特性分析

分析了超声波电动机的导纳 -频率特性,提出了超声波电动机等效电路模型参数的测量方法,依据分析动力学原理分析预测结果,计算了等效电路模型的参数及其动态特性,并与实验测试结果进行了对比验证。将超声波电动机的机械特性和电学特性有机结合起来,给出了用于预测和分析动力学特性的有效方法,确定了超声波电动机的最佳工作频段,提出了超声波电动机的优化设计原则及电机与驱动电路匹配方法。     

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，给出了设计实例。     

纵-弯复合旋转式超声波电动机的优化设计与性能分析

提出一种采用压电叠堆和压电双晶悬臂板构成的新型纵-弯复合旋转式超声波电动机,利用电动机定子的一阶纵振动和二阶弯曲振动模态复合形成接触头的椭圆运动,实现电动机的旋转驱动。分析了电动机的总体结构和运行机理,利用有限元方法建立了电动机定子的机电耦合模型,通过对定子的模态分析和结构优化设计,确定了定子的两个工作模态以及两工作模态频率的调谐。通过对定子振动特性的分析,验证了电动机设计方法和设计思路的正确性。最后,利用冲量定理和能量守恒原理建立了电动机的力传递模型,数值分析了电动机的机械输出特性。研究结果对于改善和优化超声波电动机的输出性能以及电动机的建模具有实践指导作用。     

步进电动机优化设计方法

本文首次对步进电动机的优化设计技术进行了比较广泛、深入的研究探讨,包括数学模型的建立、计算方法的研究及改进。文中提出了步进电动机双目标、有约束非线性规划的数学模型,采用SUMT技术为各约束条件构造了三种惩罚函数,改进了Hooke-Jeeves法,提出了一种随机方向加速法及“多级优化”的思想。提出的计算模型及设计方法具有较高的计算精度及速度,使步进电动机的优化设计在普通PC机上完全可以实现。本文最后给出了一个优化设计实例,结果使该样机的转矩指标及自然角频率指标(两个目标函数)分别提高了44％及57.4％。     

短柱型超声波电动机的优化设计

介绍了超柱型超声波电动机的特点，用ANSYS进行理论计算，优化设计了短柱体超声波电动机定子压电陶瓷的安装配置形式，改进了定子的支撑，最后通过样机进行了验证。     

旋转型行波超声波电动机磨损控制研究

对旋转型行波超声波电动机进行了磨损试验,针对试验中超声波电动机失效的现象,结合Mindlin接触模型,分析旋转型超声波电动机定/转子的粘滑摩擦模型。根据该模型定/转子在同一时刻不同位置具有不同摩擦状态,采用固定参数PID控制法和专家PID控制法,对超声波电动机进行实时调节控制,并对试验超声波电动机定子和转子的磨损现象进行分析。试验结果对比表明,该专家PID控制可以有效降低超声波电动机的磨损。     

超声波电动机的市场前景和日本产品介绍

一、超声波电动机的发展历史超声波电动机的雏形最早是由前苏联科学家在６０年代初提出的。１９７３年美国ＩＢＭ公司的Ｈ·Ｖ·Ｂａｒｃｈ首次研制成功以振动能量作为驱动源的电动机。而真正使超声波电动机走上实用的是日本的指田年生，他在１９８２年研制成功了两种实用...     

超声电动机系统最大效率控制研究现状与展望

超声波电动机运动控制系统的机电能量转换效率显著低于传统电磁电机系统.低效率已成为制约超声波电动机广泛应用的主要问题之一.总结了超声波电机系统最大效率控制研究的现状,并对未来研究工作进行了展望.     

基于键图的交流感应电动机建模与研究

场是能量转换的基础,交流感应电动机的能量转换就是通过旋转磁场进行的。根据交流感应电动机的结构和原理,应用功率键合图有关场的理论,对电机键图模型进行了研究和仿真分析。特别是电机旋转磁场的建模,应用键图理论的容性C场建立起了交流感应电动机键图模型,使之物理意义更加明确。同时,也详细分析和研究了转子导条数量对其动态特性的影响,为交流感应电动机的优化设计提供参考。     

双向驻波型直线超声波电动机

提出了一种结构简单、驱动方便的双向驻波型直线超声波电动机,介绍了该电机的基本原理,在AN-SYS计算分析的基础上进行优化设计,并研制了相应样机验证了上述思想。     

基于粒子群优化的超声波电机非线性Hammerstein辨识建模

由于超声波电机(USM)具有机电能量转换、不规则外形的定转子以及复杂的摩擦和接触机理,很难建立其适合于控制的非线性数学模型。针对这个问题,本文采用粒子群优化算法建立了超声波电机的非线性Hammerstein模型。该模型由静态非线性和动态线性两部分串联而成,能够以相对简单的形式表述超声波电机的非线性特性。所得模型的仿真计算结果与实验数据接近,表明了建模方法的合理性和所建模型的有效性。     

超声波电机定转子接触的 摩擦传动模型及其实验研究

Ultrasonic motor (USM) is a new principle motor, which applies piezoelectric vibration and frictional force as the driving source. This article investigates the frictional contact model between stator and rotor of the travelling-wave-type ultrasonic motor. Taking the stick-and-slid feature into account, this article presents analytical expression of characteristics of ultrasonic motor among constructive parameters, which lays a theoretical foundation for design and manufacture of USM. Effectiveness is verified by comparison between theoretical and experimental results of the prototype.     

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。     

超声波电机定转子接触的摩擦传动模型及其实验研究

超声波电机是一种利用超声振动和摩擦力为驱动源的新原理电机。对行波型超声波电机定子转子之间的磨擦传动动模型进行了深入研究。在分析过程中,考虑了定转子之间的粘滑特性,获得了行波型超声波电机特性与结构参数之间关系的解析表达式,为电机的设计和制造提出理论依据。     

方环形行波直线超声电机的模态分析

为解决直线超声电机动态设计的难度,提出一种方环状直线行波超声电机振子。采用有限元数值方法分析了该种振子可以利用的面内弯曲模态,给出了对边两两激励的一种对称模式,并就所研制的振子模型,进行了实验研究。数值分析与实验结果证实了振子结构的可行性。该类振子的结构对称性为超声电机的动态优化设计提供了方便。此外,振子4个驱动梁的更换使用,可成倍提高超声电机的使用寿命。     

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。     

超声波电机频率-温度特性研究

为了研究超声波电机运行过程中温升和频率漂移等关键技术问题,采用自然对流传热问题的牛顿冷却定律和热容理论,建立了超声波电机的温度特性与驱动频率之间的关系表达式,仿真分析了驱动频率对电机温升的影响;考虑电机压电定子的转动惯量和剪切变形等因素,利用能量等效原则和铁摩辛柯梁振动理论建立了超声波电机谐振频率与温度之间的关系表达式,通过仿真研究了温度对电机谐振频率漂移的影响,并通过实验验证了仿真结果的正确性。仿真及实验结果表明:电机的谐振频率随着温度的升高呈线性降低;驱动信号频率越接近电机谐振频率,电机表面温度就越高。最后,根据研究结果提出了减小电机温升和频率漂移的措施,并通过实验验证所提出措施的有效性。     

圆柱-球体三自由度超声波电动机及其控制

研制了一种一阶纵振和二阶弯振模态组合的圆柱-球体三自由度超声波电动机。电压幅值控制采用逐点比较控制和矢量控制方法,并对其进行了运动轨迹跟踪的控制实验。     

超声电机驱动电路设计

超声电机(简称为USM)是一种有别于传统电机的新型微特电机。其工作原理是利用压电材料的逆压电效应,把超声频段的电信号加到压电材料—金属构成的定子上,使定子表面产生一定轨迹的机械振动,通过与转子间的摩擦作用来驱动转子运动。由于USM特殊的机械结构和工作原理,使得其需要专用的驱动电源,一般需要输出两相正弦高频电压,并且电压幅值、频率或相位差可调。本文根据USM驱动电路输出电压的要求,利用PWM控制技术设计了一种新型的USM驱动电路,并通过buck斩波变换器实现了USM驱动电路输出的电压调节,最后通过电路仿真,输出了两相相位差90°、幅值可调的高频正弦电压,满足USM驱动控制要求。     

超声波电机速度与定位控制系统

由于超声波电机复杂的非线性关系，常规的控制方法根本不能满足其控制需求。该文提出了一种新型的超声波电机控制系统，即运用模糊自适应PID的控制策略来进行速度控制，并且在设定位置附近切换成PID的控制策略进行定位控制。由于综合了模糊控制及PID控制两种控制方法的优点，而不需要精确的数学模型就能够对超声波电机进行快速精确的控制。实验证明，利用该控制系统对行波型超声波电机进行速度与定位控制，其速度的快速性与定位的精确性可以得到保证。