行波型超声电机速度测控系统的研究

研制了一种行波超声电机速度的计算机测试控制系统。实验结果表明，该控制系统可以准确测试本中心研制的φ45mm压电行波型超声电机的启动关断性能，并解决了压电行波型电机由于长时间运转发热产生谐振频率漂移导致电机转速下降的问题，能进行频率跟踪，从而保持电机转速的稳定。     

基于离心力的液滴制备研究

为平衡液滴制备装置的小型化和加工成本的需求，研制一种基于离心力的液滴制备装置。该装置结构简单，仅由压电单晶片和不锈钢毛细管组成。在正弦波信号的激励下，压电单晶片对不锈钢毛细管产生振动激励，于管尖耦合成椭圆轨迹运动，管尖的液滴高速旋转，当离心力克服表面张力时，液滴断裂并脱离管尖，以此制备液滴。对所设计的压电振子进行有限元分析，在此基础上加工实物并搭建实验平台，研究所制备液滴的尺寸、转速与驱动电压的对应关系。结果表明：该液滴制备装置可以制备半径为1.283～0.209 mm的液滴，液滴制备速率最高可达37μL/min，可以通过驱动电压控制所制备液滴的尺寸。     

一种新型直动式压电直线电机的设计

为研制高精度、大行程、宽频响的压电直线电机,提出了一种基于叠层型压电陶瓷的直动式压电直线电机.分析了电机的工作原理,对电机的结构进行了设计,制作了原理样机,并进行了实验研究.实验表明,在一定频率范围内,定子驱动足纵向振幅保持不变,且最大幅值为900 nm,电机最大无负载速度为4.8 mm/s,最大输出推力为4.5 N.     

兰坪铅锌露天矿爆破震动监测与分析

为评价兰坪铅锌露天矿中深孔爆破震动对采场周边建(构)筑物的影响,同时反馈优化爆破设计,指导施工,对该矿生产爆破进行震动监测。监测数据分析表明当前爆破方案不会对矿区周边建(构)筑物产生破坏性影响;得到了该矿山爆破震动速度的回归公式以及最大一段安全药量,为矿山进行合理爆破设计提供了科学依据。     

超声固结区域温度场分析及实验研究

温度是影响超声固结质量的重要因素,针对固结区域温度难以直接测量的现状,通过数值模拟研究工艺参数对固结温度的影响。首先,基于Hertz接触理论和Coulomb摩擦定律分析了固结区域的摩擦功,建立了固结区域的发热模型;其次,建立了钛铝箔材的超声固结三维热传导有限元模型,并且分析了主要工艺参数对固结区域温度场分布的影响;最后,为了验证模型的有效性,建立了超声固结加工温度测试平台,通过在基板埋植热电偶的方式测量固结时的温度,发现实验结果与数值仿真结果变化趋势一致,证实了模型的有效性。     

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。     

双足压电直线作动器结构优化与实验

为提高双足压电直线作动器的有效驱动,增强作动器中二级杠杆微位移结构和柔性铰链的放大能力,对作动器的结构参数进行优化。首先,对二级杠杆微位移机构的放大倍数进行理论计算,基于ANSYS完成作动器定子作动仿真过程;其次,通过仿真分析发现,在作动器定子中综合使用直圆型柔性铰链和直梁型柔性铰链,会使作动器定子放大倍数得到优化,最优铰链参数对应的放大倍数为8.131;最后,制作了该作动器样机并进行了定子驱动足振幅测试,两驱动足的振动相对稳定。实验结果表明,驱动足I,II的位移振幅在60和63μm的上下范围浮动,与实际相符合。与现有的压电直线作动器相比较,该作动器结构简单,易于安装调试,具有大振幅驱动和运行稳定等特点。     

二级杠杆柔性铰链复合结构的双足压电直线电机

为实现精密机械装置的快速定位,增加压电直线电机中位移放大结构对压电叠堆输出位移的放大能力,提出了一种基于二级杠杆和柔性铰链复合结构的新型双足压电直线电机。首先,对电机的作动原理进行分析,推导了驱动足轨迹方程。为提高其输出性能,对直圆型柔性铰链的参数进行了优化,得到最佳铰链参数为厚度th=0.2mm、切割半径Rh=1mm和宽度bh=10mm。最后,制作了该电机样机并进行了振幅、速度和负载性能测试,基于正交试验方法对电机速度进行了分析,得出电压对电机速度的影响更灵敏。实验结果表明,驱动足Ⅰ、Ⅱ的位移振幅分别在75μm和63μm附近波动,差值约为12μm;在120V、110Hz的信号激励下速度达16.163mm/s,最大负载能力为1.7N。与现有的压电直线电机相比较,该电机结构简单,易于安装调试,具有响应快、大振幅、速度大且运行稳定的特点。     

双向驱动压电作动器结构设计

为了实现叠层压电作动器双向驱动、提高作动行程的目的,设计了利用三角位移放大原理的双向驱动压电作动器。分析了作动机构的运动及放大机理,建立了作动器的输出位移的理论模型和有限元静力模型。样机输出特性试验结果显示:压电作动器的位移放大倍数达5.45,与有限元仿真得到的放大倍数5.71以及解析计算得到的5.76倍相对偏差分别是4.77%和5.69%;驱动器在幅值为200 V正弦电压的激励下,作动行程达105.5μm,作动行程与电压幅值具有很高的线性度(相关程度R2=0.997),且有很高的重复精度;作动器的输出特性受频率影响较小,频率每升高10 Hz,作动振幅减小0.04μm;放大机构的迟滞效应相比单个叠层压电陶瓷有很大改善,迟滞回线中心对称。该结构实现了较大行程、双向对称驱动的目的,适用于需要往复驱动特性对称的应用场合。     

基于灵敏度函数塑形的超声电机驱动平台的数字内模控制器

针对将超声电机这一新型电机应用于稳定平台后产生的存在负载与扰动难以实现高精度控制的问题,结合超声电机与稳定平台的驱动特点提出一种适用于超声电机驱动稳定平台的控制方法。通过对稳定平台的机械结构进行动力学分析得出稳定平台的传递函数,并根据稳定平台的工作指标转化得到的控制目标确定灵敏度函数模板。按照灵敏度函数模板的要求通过极点配置与添加辅助极点与滤波器的方法调整系统由扰动到输出的灵敏度函数。对该控制器在仿真软件中进行仿真实验的结果表明:该控制方法相较于经典比例-积分-微分控制器可以提高系统响应的速度,缩小对参考信号的跟踪误差,有效抑制外界对系统输出的影响。