能量回饋型超聲波電機(jī)的理論分析與實(shí)驗(yàn)研究.pdf

1、超聲波電機(jī)具有良好的機(jī)電耦合特性，其結(jié)構(gòu)簡單，轉(zhuǎn)矩/質(zhì)量比大，可以直接驅(qū)動(dòng)機(jī)器人的關(guān)節(jié)部分，在航空航天、醫(yī)療設(shè)備、微型機(jī)器人及深海探測等領(lǐng)域中具有廣泛的應(yīng)用前景，尤其在某些特殊的環(huán)境下，超聲波電機(jī)已經(jīng)取代電磁型電機(jī)。
　　由于超聲波電機(jī)是靠定、轉(zhuǎn)子接觸面的摩擦接觸進(jìn)行驅(qū)動(dòng)的，它在運(yùn)行過程中能量有較多損耗，導(dǎo)致生熱現(xiàn)象嚴(yán)重，電機(jī)性能下降。為了提高電機(jī)的性能，減少損耗，達(dá)到節(jié)能的效果，本文提出了一種具有能量采集功能的新型超聲波電機(jī)——

2、能量回饋型超聲電機(jī)，該電機(jī)集驅(qū)動(dòng)功能與振動(dòng)能量采集回收功能于一體。本論文針對(duì)這種新型超聲波電機(jī)，研究其結(jié)構(gòu)原理和運(yùn)行機(jī)理，建立電機(jī)的動(dòng)力學(xué)機(jī)電耦合模型和振動(dòng)能量采集數(shù)學(xué)模型以及等效電路模型等基礎(chǔ)問題，研究結(jié)果不僅對(duì)分析電機(jī)的輸出性能具有重要的理論與實(shí)踐指導(dǎo)意義，同時(shí)也是對(duì)現(xiàn)有超聲波電機(jī)研究的拓展。
　　本論文的主要研究內(nèi)容包括:
　　（一）、介紹了超聲波電機(jī)(USM)的發(fā)展概況、工作原理及本課題研究所要涉及到的基礎(chǔ)理論知識(shí)（

3、如壓電理論、梁的彎曲振動(dòng)理論等）。
　?。ǘ?、首先，介紹了能量回饋型USM的組成結(jié)構(gòu)及運(yùn)行機(jī)理，建立了能量回饋型USM定子的集總參數(shù)機(jī)電耦合模型和動(dòng)力學(xué)方程，利用有限元法與曲線擬合法確定了模型中關(guān)鍵參數(shù)，并利用MATLAB/Simulink對(duì)定子的振動(dòng)位移等輸出特性進(jìn)行了數(shù)值仿真和分析。其次，研究分析了能量回饋型超聲波電機(jī)定、轉(zhuǎn)子接觸機(jī)理，根據(jù)粘-彈性摩擦理論建立電機(jī)定、轉(zhuǎn)子接觸面的力傳遞模型。最后，綜合定子集總參數(shù)機(jī)電耦合模型

4、和定、轉(zhuǎn)子接觸面力傳遞模型建立了能量回饋型超聲波電機(jī)驅(qū)動(dòng)模型。對(duì)于驅(qū)動(dòng)模型的性能，利用MATLAB/Simulink進(jìn)行仿真，主要包括預(yù)壓力、激勵(lì)電壓、激勵(lì)頻率等對(duì)電機(jī)輸出轉(zhuǎn)速、輸出轉(zhuǎn)矩和輸出功率等機(jī)械性能的影響。
　　（三）、利用壓電陶瓷的正壓電效應(yīng)和梁的彎曲振動(dòng)理論，建立了能量回饋型USM的振動(dòng)能量采集回收的理論模型，并利用MATLAB/Simulink對(duì)模型性能進(jìn)行了仿真分析，詳細(xì)分析了激振頻率，激振電壓等對(duì)采集輸出電壓、電