超聲電機(jī)建模及實(shí)驗(yàn)研究.pdf

1、超聲電機(jī)較傳統(tǒng)電磁電機(jī)有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、力矩密度大、定位精度高、斷電自鎖、運(yùn)行時(shí)噪聲小及瞬態(tài)響應(yīng)快等諸多優(yōu)勢(shì)，但也因其在結(jié)構(gòu)和運(yùn)行機(jī)理上的特殊性，在運(yùn)行過(guò)程中表現(xiàn)出了較強(qiáng)的非線性，使其在精密伺服系統(tǒng)中的應(yīng)用受到了一定限制。本文以超聲電機(jī)應(yīng)用于精密伺服系統(tǒng)為目的，針對(duì)超聲電機(jī)運(yùn)行機(jī)理問(wèn)題展開(kāi)了一系列分析，在此基礎(chǔ)上，建立了超聲電機(jī)等效電路模型，對(duì)超聲電機(jī)調(diào)速特性和機(jī)械特性進(jìn)行了仿真分析，并搭建實(shí)驗(yàn)平臺(tái)、設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，測(cè)試了所建立的等效電路模型的正確

2、性，為進(jìn)一步開(kāi)展超聲電機(jī)驅(qū)動(dòng)器和控制器的設(shè)計(jì)提供了模型基礎(chǔ)。
　　首先，為建立超聲電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的等效電路模型并進(jìn)行調(diào)速特性及機(jī)械特性仿真分析，本課題針對(duì)行波旋轉(zhuǎn)型超聲電機(jī)運(yùn)行過(guò)程中兩次能量傳遞問(wèn)題，分析了壓電陶瓷的壓電效應(yīng)在超聲電機(jī)中的作用和定子表面行波及質(zhì)點(diǎn)橢圓運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生機(jī)理，并通過(guò)對(duì)能量傳遞過(guò)程的分析，推導(dǎo)、分析了超聲電機(jī)三種調(diào)速方法，即通過(guò)調(diào)節(jié)兩相驅(qū)動(dòng)電壓幅值、頻率和相位的三種調(diào)速方法。
　　其次，在能量傳遞過(guò)程分析的基

3、礎(chǔ)上，結(jié)合梅森等效電路模型，建立了超聲電機(jī)自由振子的等效電路模型；并綜合考慮預(yù)緊力及摩擦力的影響，通過(guò)分析超聲電機(jī)運(yùn)動(dòng)機(jī)理，在自由振子等效電路模型的基礎(chǔ)上，建立了超聲電機(jī)等效電路模型。完整電機(jī)模型以?xún)上囹?qū)動(dòng)電壓信號(hào)為輸入，以等效電機(jī)轉(zhuǎn)速的電流信號(hào)為輸出，包括定子模型、接觸區(qū)域模型和轉(zhuǎn)子模型三部分，可用于定性分析兩相電壓驅(qū)動(dòng)下的調(diào)速特性和機(jī)械特性。
　　最后，在分析電機(jī)運(yùn)行機(jī)理及能量傳遞的基礎(chǔ)上，結(jié)合超聲電機(jī)完整等效電路模型，對(duì)超聲