一种轮式直线型超声电机

利用非统一截面梁在正交方向上的2个6阶弯曲振动模态作为工作模态,设计了一种新型直线超声电机,对其驱动机理进行详细的分析,推导出定子表面质点的运动轨迹。同时,对定子的夹持和预压力施加方案进行了设计。设计加工的电机定子直径为20mm,长109mm,重230g。在驱动电压峰峰值为300V,驱动频率为32kHz时,电机最高速度达到433mm/s,最大推力为18N,推重比达到了7.9:1。     

基于压电效应的能量收集

介绍了利用压电陶瓷元素进行能量收集,并对其进行了理论分析.为能对负载进行供电,使用DC-DC变换器对电压进行变换,同时增加了输出功率.最后实验结果对前面的模型理论分析进行了验证.     

一种新型的超声波/声波钻探器

提出了一种新型的超声波/声波钻探器,并对其进行了理论和实验研究.采用有限元法对钻探器的换能器部分和钻杆部分进行了模态分析和谐响应分析.设计并加工了一套钻探器,针对4种不同的材料进行了钻探实验.实验结果表明,3 min能将砖头钻孔深9 mm,孔的直径为Φ6 mm.     

一种非共振式压电叠堆直线电机的机理与设计

提出一种利用压电叠堆驱动的非共振式直线电机.研究了非共振状态下压电叠堆输出机构的理论模型,提出了电机定子的"三明治刚度"结构.研究了基于压电叠堆的非共振状态下摩擦驱动机理模型,推导了驱动足端部的椭圆运动轨迹.对设计、制造的样机进行了测试,试验表明在较宽的频率范围内,电机运行平稳,且电机速度与激励频率、激励电压近似成线性关系.当电压峰峰值为100 V、频率为1.6kHz、预压力为45N时,速度可达2.8mm/s,输出力为3.5N.     

蝶形直线电机的模糊Takagi-Sugeno鲁棒控制

为了克服现有双足蝶形直线超声电机驱动的一维平台定位中的摩擦驱动非线性,本文基于电机工作原理和扇形非线性特性建立了电机及平台的模糊Takagi-Sugeno(T-S)模型。基于该T-S模型,采用系统增广的方法设计了无静态误差伺服定位控制算法;设计中考虑了鲁棒H∞性能,使得该非线性系统的模糊控制器具有较好干扰抑制性能和鲁棒性。采用嵌入式微控制器实现了所设计的控制算法,并进行了不同步进值的伺服定位控制实验。实验结果显示,在不同步进值下系统的超调量小于4%;在空载和带载荷的状态下对伺服定位控制实验数据的对比显示,系统最大超调量小于5%。与传统PID控制算法相比,本文提出的控制系统具有较高的定位精度,良好的运动平稳性和鲁棒性。     

应用超声电机的自主移动机器人运动控制

设计了一种自主移动机器人的机构和控制系统,将超声电机用于移动机器人的驱动,采用微控制器,以软件实现了电机的启停、调速和两电机同步转动的P I控制,进而实现了机器人运动的控制。实验中电机速度控制范围为20-80 r/m in,负载约为0.2 N.m,实验结果表明了该控制方法的有效性和实用性。     

工作模态控制解耦的塔形直线超声电机

针对现有塔形超声电机无法相互独立控制法向和切向振动等实际应用问题,提出了一种工作模态控制解耦的塔形直线超声电机。塔形电机设计有两个非共面的正交工作模态,分别为用于独立控制法向振动的x-z面内对称振动模态以及用于独立控制切向振动的y-z面内弯振模态。相应设计了压电陶瓷片的极化布置方案,即塔形电机的压电陶瓷片分为A,B两相,其中A相用于激励x-z面内对称振动模态,B相用于激励y-z面内弯振模态。通过对电机A,B两相相互独立控制就可以实现两个非共面正交工作模态的控制解耦。实验表明,在解耦控制条件下,当A相电压固定为400Vp-p, B相电压在0~400Vp-p变化时,电机运行速度与B相电压成正比,最大运行速度为420 mm/s,最小运行速度为23mm/s。     

圆柱-球体三自由度超声电机模糊自适应控制

针对圆柱-球体三自由度超声电机难以建立精确数学模型的特点,设计了模糊自适应定位控制系统。该控制系统由模糊控制器和在线参数自调整环节构成,在线参数自调整环节使该系统的动态特性、稳态性能更好地兼顾,克服了固定量化因子控制性能不理想的缺点。应用该控制器,实现了电机精确定位控制。结果表明,参数自调整模糊自适应控制器的性能优于传统PID控制器及固定量化因子的模糊控制器,得到了满意的控制效果。     

行波型超声电机速度控制技术的研究

当超声电机的驱动器处于开环工作时，超声电机的转速与驱动频率之间的关系表现为时变的非线性；同时其正向和反向的速度特性也常不一致，这给超声电机的应用造成了很大的障碍。该文首先推导出行波型超声电机定子上的孤极传感器反馈电压与其转速之间的关系。据此，作者设计和制造了速度控制器。其次，针对行波型超声电机的正向和反向速度特性不一致的情况，提出一种正、反向速度平衡补偿算法，并用硬件实现了平衡补偿控制器。实验结果表明：在驱动器中添加这个速度控制器和平衡补偿控制器后，不仅使行波型超声电机的速度特性对指令电压具有非时变的线性关系，而且使它的正、反向速度特性具有良好的一致性。这一研究成果为行波型超声电机在我国的实际应用扫除了技术障碍，也为其他类型超声电机速度控制技术的研究提供了有效的途径。     

单定子三自由度超声电机运动轨迹控制的研究

通过产测得出单定子三自由度超声电机单独绕各轴旋转的性能及其各轴之间运动的耦合情况。针对该超声电机的特性，提出了逐点比较法控制策略。实验表明，应用此控制策略。该超声电机输出轴能够到达空间任意位置，并能够精确地按照事先规划好的几种几何轨迹进行运动，完全能够实现预计的控制目标。