圓柱定子超聲波電機及快速定位控制系統(tǒng).pdf

1、針對超聲波電機及其驅(qū)動控制技術(shù)的研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢，本文對我國研究技術(shù)相對比較成熟并有產(chǎn)業(yè)化前景的環(huán)形行波型超聲波電機的驅(qū)動控制技術(shù)、能盡快工業(yè)自動化生產(chǎn)的圓柱定子超聲波電機及其驅(qū)動控制技術(shù)、有望在機械臂柔性控制領(lǐng)域應(yīng)用的多自由度超聲波電機及其驅(qū)動控制技術(shù)、超聲波電機的專用測試設(shè)備的二次開發(fā)和裝置進行了較為全面的研究。 本文開展的研究內(nèi)容和取得的成果：1.系統(tǒng)介紹了超聲波電機的發(fā)展歷史、特點、分類、應(yīng)用以及研究超聲波電機及其驅(qū)動

2、控制技術(shù)的重要意義，結(jié)合國內(nèi)外超聲波電機技術(shù)的發(fā)展趨勢，我國超聲波電機及其驅(qū)動控制技術(shù)研究面臨的主要問題，明確本文的研究內(nèi)容。 2.介紹了超聲波電機的理論基礎(chǔ)、工作原理、驅(qū)動控制原理，導(dǎo)出了壓電陶瓷的四類壓電方程，行波和駐波電機質(zhì)點橢圓運動方程，給出其空載速度和輸出功率的估算，并分別對調(diào)壓、調(diào)頻、調(diào)相和正反轉(zhuǎn)脈寬調(diào)幅調(diào)速的優(yōu)缺點進行了對比分析。 3.對圓柱定子超聲波電機結(jié)構(gòu)、壓電陶瓷的設(shè)計及有限元計算進行了簡略介紹。分別

3、以純代數(shù)和幾何學(xué)原理，對圓柱定子超聲波電機的質(zhì)點的橢圓運動及搖頭運動的產(chǎn)生進行了理論推導(dǎo)和證明，并給出了兩相激勵電壓產(chǎn)生不同方向位移的相位差時，質(zhì)點的運動軌跡方程及示意圖。并根據(jù)圓柱定子超聲波電機驅(qū)動控制的要求，初步實現(xiàn)了符合軍方軍事預(yù)研要求的驅(qū)動控制電路，并根據(jù)集成化芯片的要求進行了仿真和實驗。 4.從三自由度超聲波電機的運行機理出發(fā)，提出了三種驅(qū)動三自由度超聲波電機的驅(qū)動控制方案，并全部得到實現(xiàn)。深入分析了壓電陶瓷激發(fā)振動的

4、兩兩組合可以實現(xiàn)三個自由度旋轉(zhuǎn)的關(guān)系；進而應(yīng)用幾何學(xué)原理，推導(dǎo)了三自由度超聲波電機三相同時激勵時的軌跡運動方程，并將該電機改裝成多自由度直線電機，應(yīng)用到萬向平面輸送器和萬向車輪的驅(qū)動中。 5.結(jié)合環(huán)形行波型超聲波電機的特點，分別對自行設(shè)計的不同定子直徑的行波型超聲波電機驅(qū)動控制電路進行了設(shè)計和制作，并針對不同的應(yīng)用場合，設(shè)計了有變驅(qū)動、無變驅(qū)動、多功能驅(qū)動控制裝置，并實現(xiàn)了環(huán)形超聲波電機的步進控制。對設(shè)計的快速定位控制系統(tǒng)進行了

5、介紹，并將之應(yīng)用到兩自由度機械臂快速精密定位控制系統(tǒng)中。 6.結(jié)合超聲波電機及其驅(qū)動控制特點，對有關(guān)的參數(shù)及其輸出性能指標(biāo)進行了測量，并設(shè)計、試制了一套完整的超聲波電機測試方案及相應(yīng)的高性價比的設(shè)備，并在此基礎(chǔ)上對超聲波電機的一些性能參數(shù)進行了對比分析，可用來指導(dǎo)超聲波電機及其驅(qū)動控制技術(shù)的實際設(shè)計。介紹了基于LabVIEW和GPIB的阻抗自動測量系統(tǒng)的設(shè)計和使用。對超聲波電機輸出性能測試結(jié)果進行了分析對比，得出了許多有益結(jié)論，