超声电机驱动多关节机器人的非线性H∞控制

利用超声电机低速大转矩特性,实现了三关节机器人的直接驱动.一方面,由于超声电机是通过定转子间的摩擦驱动,其模型无法精确描述,另一方面,由于无法在方程中将关节机器人的所有动力参数表达出来,因而该机器人在控制中存在摩擦干扰和参数不确定带来的动力干扰.针对这些干扰,采用了非线性H∞控制方式,以L2增益作为设计指标,设计了H∞控制器.实践证明,非线性H∞控制器不仅可以保证机器人稳定运行,而且位置精度大为提高.最后,还对控制器的鲁棒性进行了实验验证,结果表明该控制器有很好的抗干扰能力.     

一种新型的二自由度直线型超声电机

首次提出了一种新型二自由度的直线超声电机，阐述了该电机的基本结构和产生二自由度直线运动的驱动原理，利用有限元法设计了电机，并制造了样机，扫频和激光散斑等实验证明了理论分析和设计的正确性。     

菱形压电电机在并联精密定位平台中的应用

为了解决传统压电陶瓷驱动器固有的高精度与大行程的矛盾,提出了利用非共振式压电电机的两种不同运动模式来实现精密定位平台的定位高精度与工作大行程的方案。设计了一种新型菱形压电电机,分析其工作原理,给出了定子结构及夹持预紧结构的设计方案。菱形压电电机的实验结果表明,其步进作动模式下定位分辨率为1.0μm,连续运动模式下最大空载速度为0.932mm/s。在此基础上,利用3台菱形压电电机同步驱动并联精密定位平台,实验结果表明,并联平台平动定位分辨率为1.0μm,转动定位分辨率分别为8.6,11和10μrad。实验重复进行10次,动平台定位分辨率的波动率均低于5%,表明了该并联平台具有良好的同步性与重复性。另一方面,利用菱形压电电机的连续运动模式可实现大行程空间定位,其平动工作行程为3.54 mm,转动工作行程分别为3.92°,4.16°和4.05°。借助于菱形压电电机的不同工作模式实现了并联平台的精密定位和大行程工作空间两个关键指标,为进一步研究精密定位平台的动态性能、控制规律提供了理论价值和实践基础。     

动摩擦型压电叠堆直线电机定子的振动特性

为提高动摩擦非共振型压电电机的输出力,研究了该型电机定子的振动特性及其对电机输出力的影响。通过分析电机的总体结构和工作机理,建立了电机定子的纵向振动模型和伪刚体模型,给出了定子驱动端的振动微分方程,并获得了纵向位移函数和横向位移函数。从功能原理出发,推导了电机的周期平均输出力公式。利用数值分析法对电机的纵向振幅特性和推力特性进行了仿真。设计、制作了电机样机,对不同激励条件下定子驱动端的纵向振动位移和电机输出力进行了测试。仿真和试验结果验证了定子振动特性理论：电机输出力随纵向振幅的增加而增加,且近似成线性关系。测试结果表明：在激励电压峰峰值为100 V、频率为1.6 kHz时,驱动端振幅最大可达0.92μm,样机输出力最大可达3.5 N。     

模态叠加法在压电复合结构分析中的应用

结构动力有限元模型的维数会影响动力响应分析的计算效率.针对ANSYS提供的模态叠加法不能施加位移载荷的问题,该文介绍了一种压电复合结构分析法.在用ANSYS软件进行静态电学分析、模态分析的基础上,从能量分析的角度,间接提取特定的模态参数和相应等效电路模型的电学参数,并由此得到结构的频率响应特性.以超声电机定子为例进行了计算,并与ANSYS完整法谐响应分析的结果进行了对比.     

一种新型模态转换压电钻

提出了一种新型模态转换压电钻.该压电钻将钻头斜向安装在定子基体上,形成一个纵弯模态转换器.利用压电陶瓷的逆压电效应使定子基体产生纵向振动并通过纵弯模态转换器将该纵向振动转换成钻头部分的局部弯振,从而在钻头端部合成为椭圆运动,为切削及钻孔提供动力.利用有限元分析软件ANSYS对压电钻进行结构设计,仿真了钻头在设计工作频率下的切削轨迹.根据仿真结果试制了一台样机,对该样机进行了激光扫频实验,结果表明,样机工作频率为56 kHz,切削频率可达336×104次/min,切削幅度则可控制在微米级.实验表明该样机配上普通牙钻,可在普通打印纸、硬纸板、铝板、钢板上进行切削、钻孔等操作.     

杆式行波超声电机紧固力的实验研究

以提高一种杆式行波型超声电机性能为目标，对电机定子的结构进行了介绍，强调了定子的紧固力对压电陶瓷及电机本身性能的重要性。介绍一种电机定子紧固力的间接加载方法和PSV-300F-B型高频扫描激光测振系统工作原理及其使用方法。通过实验，得出电机定子的紧固力与定子的一阶弯曲共振频率、工作端面的最大振幅及其振动速度的关系。经过权衡多方面因素，确定本电机的最佳紧固力约为3900N，此时压电陶瓷片承受的压应力为21．3MPa。     

超声电机驱动的目标视觉跟踪系统设计与实现

设计了一种超声电机驱动的目标视觉跟踪系统.该系统通过对摄像头采集到的图像进行处理,对目标进行识别、提取其位置信息,在此基础上,利用模糊-PID控制方法经超声电机控制摄像头的偏转角对目标进行实时跟踪.实验结果表明:对超声电机采用这种复合控制的方法可以使跟踪系统获得较好的控制性能,其跟踪的快速性达到约0.2s,精度在±6mm以内.     

精氨酸精制除氯过程控制与优化

国产精氨酸产品品质对比国际先进水平有较大差距,该文研究粗L-精氨酸在无外加影响因素的条件下,改变水洗流速、氨水的洗脱浓度、洗脱液pH、减压浓缩赶氨的温度对粗L-精氨酸氯杂质去除的影响规律。研究表明选择阳离子交换树脂控制水洗流速为7~9 mL/min、洗脱氨水的浓度为4~7 mol/L,洗脱液pH为4~8、减压浓缩装置温度在65~80℃之间,能明显改善除氯效果。通过除氯过程的控制和优化可以有效改善精氨酸的产品品质,进一步缩小与国际先进水平的产品品质差距,提高国际竞争力。     

圆柱-球体三自由度超声电机的研究

从实现圆柱-球体多自由度超声电机的运动原理和提高其输出性能的角度出发，提出了该种电机设计的基本要求。在此基础上，设计了一种新的电机定子结构，并用有限元法对该定子进行了模态分析和设计计算。依据设计结果，制作了样机。实验结果表明，定子的工作模态基本上满足其设计要求，电机的输出性能较以前有了大幅度的提高。同时也证明所采用的设计方法是正确的。