超聲電機建模及實驗研究.pdf

1、超聲電機較傳統(tǒng)電磁電機有結構簡單、力矩密度大、定位精度高、斷電自鎖、運行時噪聲小及瞬態(tài)響應快等諸多優(yōu)勢，但也因其在結構和運行機理上的特殊性，在運行過程中表現(xiàn)出了較強的非線性，使其在精密伺服系統(tǒng)中的應用受到了一定限制。本文以超聲電機應用于精密伺服系統(tǒng)為目的，針對超聲電機運行機理問題展開了一系列分析，在此基礎上，建立了超聲電機等效電路模型，對超聲電機調速特性和機械特性進行了仿真分析，并搭建實驗平臺、設計實驗，測試了所建立的等效電路模型的正確

2、性，為進一步開展超聲電機驅動器和控制器的設計提供了模型基礎。
　　首先，為建立超聲電機驅動系統(tǒng)的等效電路模型并進行調速特性及機械特性仿真分析，本課題針對行波旋轉型超聲電機運行過程中兩次能量傳遞問題，分析了壓電陶瓷的壓電效應在超聲電機中的作用和定子表面行波及質點橢圓運動產(chǎn)生機理，并通過對能量傳遞過程的分析，推導、分析了超聲電機三種調速方法，即通過調節(jié)兩相驅動電壓幅值、頻率和相位的三種調速方法。
　　其次，在能量傳遞過程分析的基

3、礎上，結合梅森等效電路模型，建立了超聲電機自由振子的等效電路模型；并綜合考慮預緊力及摩擦力的影響，通過分析超聲電機運動機理，在自由振子等效電路模型的基礎上，建立了超聲電機等效電路模型。完整電機模型以兩相驅動電壓信號為輸入，以等效電機轉速的電流信號為輸出，包括定子模型、接觸區(qū)域模型和轉子模型三部分，可用于定性分析兩相電壓驅動下的調速特性和機械特性。
　　最后，在分析電機運行機理及能量傳遞的基礎上，結合超聲電機完整等效電路模型，對超聲