圓柱定子超聲波電機(jī)及快速定位控制系統(tǒng).pdf

1、針對(duì)超聲波電機(jī)及其驅(qū)動(dòng)控制技術(shù)的研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)，本文對(duì)我國研究技術(shù)相對(duì)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(jī)的驅(qū)動(dòng)控制技術(shù)、能盡快工業(yè)自動(dòng)化生產(chǎn)的圓柱定子超聲波電機(jī)及其驅(qū)動(dòng)控制技術(shù)、有望在機(jī)械臂柔性控制領(lǐng)域應(yīng)用的多自由度超聲波電機(jī)及其驅(qū)動(dòng)控制技術(shù)、超聲波電機(jī)的專用測(cè)試設(shè)備的二次開發(fā)和裝置進(jìn)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(jī)的發(fā)展歷史、特點(diǎn)、分類、應(yīng)用以及研究超聲波電機(jī)及其驅(qū)動(dòng)

2、控制技術(shù)的重要意義，結(jié)合國內(nèi)外超聲波電機(jī)技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)，我國超聲波電機(jī)及其驅(qū)動(dòng)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(jī)的理論基礎(chǔ)、工作原理、驅(qū)動(dòng)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(jī)質(zhì)點(diǎn)橢圓運(yùn)動(dòng)方程，給出其空載速度和輸出功率的估算，并分別對(duì)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(diǎn)進(jìn)行了對(duì)比分析。 3.對(duì)圓柱定子超聲波電機(jī)結(jié)構(gòu)、壓電陶瓷的設(shè)計(jì)及有限元計(jì)算進(jìn)行了簡略介紹。分別

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

4、兩兩組合可以實(shí)現(xiàn)三個(gè)自由度旋轉(zhuǎn)的關(guān)系；進(jìn)而應(yīng)用幾何學(xué)原理，推導(dǎo)了三自由度超聲波電機(jī)三相同時(shí)激勵(lì)時(shí)的軌跡運(yùn)動(dòng)方程，并將該電機(jī)改裝成多自由度直線電機(jī)，應(yīng)用到萬向平面輸送器和萬向車輪的驅(qū)動(dòng)中。 5.結(jié)合環(huán)形行波型超聲波電機(jī)的特點(diǎn)，分別對(duì)自行設(shè)計(jì)的不同定子直徑的行波型超聲波電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制電路進(jìn)行了設(shè)計(jì)和制作，并針對(duì)不同的應(yīng)用場合，設(shè)計(jì)了有變驅(qū)動(dòng)、無變驅(qū)動(dòng)、多功能驅(qū)動(dòng)控制裝置，并實(shí)現(xiàn)了環(huán)形超聲波電機(jī)的步進(jìn)控制。對(duì)設(shè)計(jì)的快速定位控制系統(tǒng)進(jìn)行了

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