多自由度球形裹夹型行波超声波电机阻尼增强型精准定位控制方法 被引量：1

1

作者 冷静雯 金龙 +1 位作者 徐志科 范俊宇 《中国电机工程学报》 EI CSCD 北大核心 2024年第23期9453-9462,I0029,共11页

多自由度球形裹夹型行波超声波电机具有可多自由度旋转、结构体积小、不受电磁干扰等特点,可被应用于航天、机器人等特殊场景。但球形裹夹式设计以及超声波电机的特性,导致此电机结构需同时应对模型非线性、转动阻尼低、轴间耦合严重以... 多自由度球形裹夹型行波超声波电机具有可多自由度旋转、结构体积小、不受电磁干扰等特点,可被应用于航天、机器人等特殊场景。但球形裹夹式设计以及超声波电机的特性,导致此电机结构需同时应对模型非线性、转动阻尼低、轴间耦合严重以及运转范围受限等问题。电机转子定位控制过程中振荡和偏差问题突出。因此,为实现精准的定位控制,并避免电机的超速运转可能造成的过热和卡死问题,文中提出一种适用于多自由度球形裹夹型行波超声波电机的阻尼增强型精准定位控制方法。该方法可实现电机精准定位控制,并同时对转子进行定量增阻与转速约束,有效避免运转中的振动和过速。此外,针对裹夹型行波超声波电机的多轴耦合性和模型非线性等问题,采用状态扩张观测器对模型非线性状态进行估计,实现模型的线性化和轴间的解耦处理,便于控制的设计与实现。最后,通过精准定位和抗扰实验验证该方法的有效性。 展开更多

关键词 球形裹夹型行波超声波电机 定位控制 阻尼增强 状态扩张观测器

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行波超声波电机的动力学模型仿真 被引量：3

2

作者 徐志科 胡敏强 金龙 《东南大学学报（自然科学版）》 EI CAS CSCD 北大核心 2008年第6期1072-1076,共5页

在Kirchoff薄板理论的基础上,推导了行波型超声波电机定子的振型方程,并根据该振型利用Hamilton能量变分原理,建立行波型超声波电机整体的机电耦合动力学模型.为了分析电机输出特性,模型中考虑了定转子间摩擦界面上的相互作用力.在该模... 在Kirchoff薄板理论的基础上,推导了行波型超声波电机定子的振型方程,并根据该振型利用Hamilton能量变分原理,建立行波型超声波电机整体的机电耦合动力学模型.为了分析电机输出特性,模型中考虑了定转子间摩擦界面上的相互作用力.在该模型基础上,以定子直径100mm行波型超声波电机为例,分析其输出性能,分析了在施加100-700N轴向预压力情况下,电机运行特性及输出特性.最后测试了实际电机,结果表明,所给出的动力学模型仿真结果与测试结果吻合. 展开更多

关键词 行波超声波电机 机电耦合 建模

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基于LM算法下的行波超声波电机控制系统的研究 被引量：1

3

作者 杨建红 洪尚任 《机电工程》 CAS 2004年第2期29-32,共4页

建立了超声波电机速度精确控制系统,用LM算法对该控制系统中的神经网络进行了在线训练。用LABVIEW6I软件建立了控制平台,并通过该软件直接调用MATLAB6.1下的神经网络程序。经实验验证,该控制系统达到了速度精确控制的要求。

关键词 行波超声波电机 控制系统 LM算法 控制平台 智能控制 人工神经网络

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行波型超声波电机摩擦特性的实验研究 被引量：7

4

作者 王文浩 郭吉丰 +2 位作者 金龙 曲建俊 王光庆 《摩擦学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2010年第2期168-173,共6页

超声波电机是通过逆压电效应产生高频振动并通过摩擦实现驱动的电机,其定转子摩擦接触面的高频、微幅的行波振动有其特殊性,跟以往的摩擦接触显著不同,并对电机的换能效率、电机寿命和摩擦材料的选择等都有影响.本文建立了超声波电机定... 超声波电机是通过逆压电效应产生高频振动并通过摩擦实现驱动的电机,其定转子摩擦接触面的高频、微幅的行波振动有其特殊性,跟以往的摩擦接触显著不同,并对电机的换能效率、电机寿命和摩擦材料的选择等都有影响.本文建立了超声波电机定转子接触面摩擦系数测量装置,通过试验比较了摩擦接触面在常规、定子驻波振动以及行波振动下的动态摩擦系数,分析了定子相对转速(速度)、预紧力以及温度对定转子接触面摩擦系数的影响.根据摩擦二项式和电机定转子表面弹塑性接触状态对摩擦系数与预紧力等的对应关系进行了说明,分析了驻波振动和行波振动的超声减摩效果以及温度对摩擦系数的影响,确定了适合行波型超声波电机的摩擦系数计算模型.超声波电机的驱动摩擦特性是1项基础性工作,有助于行波形超声波电机设计、建模和驱动控制等. 展开更多

关键词 行波型超声波电机 摩擦特性 摩擦系数 超声减摩 曲线拟合

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二自由度行波型超声波电机的驱动和运动姿态控制 被引量：9

5

作者 傅平 郭吉丰 +2 位作者 沈润杰 帅光举 鹿存跃 《电工技术学报》 EI CSCD 北大核心 2008年第2期25-30,36,共7页

球形二自由度行波型超声波电机是一种多自由度超声波电机,文中介绍了一种二自由度行波型超声波电机简要的结构和机理,并介绍其驱动控制电源的设计,然后提出了一种新颖的电机姿态测量机构,最后研制基于相位差PI控制策略的电机驱动和运动... 球形二自由度行波型超声波电机是一种多自由度超声波电机,文中介绍了一种二自由度行波型超声波电机简要的结构和机理,并介绍其驱动控制电源的设计,然后提出了一种新颖的电机姿态测量机构,最后研制基于相位差PI控制策略的电机驱动和运动姿态控制系统。实验表明,球形二自由度超声波电机驱动和运动姿态控制是可行和正确的,而且具有较高的定位精度。本文为二自由度行波型超声波电机的优化设计和性能提高奠定了理论基础。 展开更多

关键词 行波型超声波电机 多自由度 球电机 相位差控制 位置测量 运动姿态控制

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航天用系列行波型超声波电机的研制 被引量：5

6

作者 郭吉丰 王光庆 +3 位作者 沈润杰 傅平 周静 孙华君 《宇航学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2007年第1期171-177,共7页

简述了超声波电机在航天领域的应用情况,并介绍了所研制的系列行波型超声波电机(直径分别为80mm、60mm、45mm和30mm)的结构形式、摩擦材料、粘结工艺、温度特性、机械特性和瞬态特性,提出了神经元自适应PID算法实现高精度的速度和位置... 简述了超声波电机在航天领域的应用情况,并介绍了所研制的系列行波型超声波电机(直径分别为80mm、60mm、45mm和30mm)的结构形式、摩擦材料、粘结工艺、温度特性、机械特性和瞬态特性,提出了神经元自适应PID算法实现高精度的速度和位置控制。结果表明其具有良好的特性,适用于空间机器人、登月车、太阳能帆板、CCD等空间机构的驱动,并结合航天领域的应用要求,提出了下一步的研究重点。 展开更多

关键词 行波型超声波电机 结构设计 机械特性 瞬态特性 控制特性 航天

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球形行波型超声波电机的驱动数学模型 被引量：9

7

作者 傅平 郭吉丰 沈润杰 《中国电机工程学报》 EI CSCD 北大核心 2006年第23期115-119,共5页

球形行波型超声波电机可以实现球面轨迹的运动,但是目前其设计仍处于经验阶段。该文从球形行波型超声波电机的原理与基本结构出发,利用坐标变换关系得到转子运动时定、转子接触面上接触力的分布情况,分析了行波定子与球转子接触点的摩... 球形行波型超声波电机可以实现球面轨迹的运动,但是目前其设计仍处于经验阶段。该文从球形行波型超声波电机的原理与基本结构出发,利用坐标变换关系得到转子运动时定、转子接触面上接触力的分布情况,分析了行波定子与球转子接触点的摩擦驱动力和摩擦阻力。根据运动稳定时球转子的力和力矩平衡及行波定子的轴向力平衡关系,得到球形行波型超声波电机的驱动数学模型。通过仿真分析了结构参数和行波定子特性的影响,初步验证了上述模型。 展开更多

关键词 球电机 行波型超声波电机 电机控制 多自由度 数学模型

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大转矩行波型超声波电机的研制 被引量：13

8

作者 李华峰 辜承林 《中国电机工程学报》 EI CSCD 北大核心 2002年第8期67-70,共4页

为增加行波型超声波电机的转矩,该文提出了一种独特的G型支撑结构,并用有限元法研究了它对横向振幅和定转子间接触面积的影响。此外,还用三维有限元法计算了振幅和输出功率与定子齿高的关系,对摩擦材料的选用及转子结构的设计也进行了... 为增加行波型超声波电机的转矩,该文提出了一种独特的G型支撑结构,并用有限元法研究了它对横向振幅和定转子间接触面积的影响。此外,还用三维有限元法计算了振幅和输出功率与定子齿高的关系,对摩擦材料的选用及转子结构的设计也进行了一定的考虑。为使电机的转矩进一步增大,还制作了一个双振子电机。实验结果表明电机的转矩性能确实可以得到明显改善。 展开更多

关键词 大型矩行波型超声波电机 研制 定子 转子

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二自由度行波型超声波电机的研制 被引量：4

9

作者 傅平 沈润杰 +1 位作者 帅光举 郭吉丰 《宇航学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2009年第1期367-372,377,共7页

二自由度行波型超声波电机是一种新型多自由度超声波电机,其电机结构较复杂和实现相对困难,但其又具有独特的优点。从二自由度行波型超声波电机的驱动机理和基本结构出发,阐述此类电机所需要解决的一些基本问题,并就电机的结构实现、驱... 二自由度行波型超声波电机是一种新型多自由度超声波电机,其电机结构较复杂和实现相对困难,但其又具有独特的优点。从二自由度行波型超声波电机的驱动机理和基本结构出发,阐述此类电机所需要解决的一些基本问题,并就电机的结构实现、驱动球转子的最佳定子结构以及调谐问题进行了分析和介绍,具体提出了对心对中调节机构、外缘大倾角内缘线接触的行波定子、以及微调定子外缘倾角的调谐方法。研制样机的球转子直径为45mm,定子直径为30mm,实现的堵转力矩为119mNm,空转转速12r/min,且各方向运转平稳,输出性能比较一致,为多自由度行波型超声波电机的优化设计、性能提高和控制等奠定了一定基础。 展开更多

关键词 行波型超声波电机 二自由度 球电机 运行机理 结构设计

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二自由度行波型超声波电机定子的优化研究 被引量：3

10

作者 傅平 胡锡幸 郭吉丰 《电工电能新技术》 CSCD 北大核心 2015年第5期30-34,共5页

本文从二自由度行波型超声波电机的驱动机理和基本结构出发,对定子结构进行了分析和介绍,利用所建立的有限元模型进行定子振动的模态分析。然后以电机定子表面点的振幅最大化为优化条件,对定子的结构进行优化。接着用ANSYS软件对定子进... 本文从二自由度行波型超声波电机的驱动机理和基本结构出发,对定子结构进行了分析和介绍,利用所建立的有限元模型进行定子振动的模态分析。然后以电机定子表面点的振幅最大化为优化条件,对定子的结构进行优化。接着用ANSYS软件对定子进行不同倾角下的模态分析,得到定子谐振频率和倾角的关系。最后结合所设计的定子使用激光测振系统进行测试,用于确定最佳的定子倾角。测试结果表明,优化的定子使得定子表面点的振幅较大。 展开更多

关键词 行波型超声波电机 二自由度 球电机 运行机理 结构设计

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空间用二自由度球形行波型超声波电机 被引量：3

11

作者 郭吉丰 胡锡幸 傅平 《宇航学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2009年第1期362-366,共5页

介绍了一种超声振动驱动的二自由度行波型超声波球电机的结构和机理,给出了其研制过程中若干关键问题的解决方案,阐述了实现其运动位姿控制采用的结构及控制方式,最后探讨了此类电机在空间机构的若干应用及所需解决的一些问题。研制样... 介绍了一种超声振动驱动的二自由度行波型超声波球电机的结构和机理,给出了其研制过程中若干关键问题的解决方案,阐述了实现其运动位姿控制采用的结构及控制方式,最后探讨了此类电机在空间机构的若干应用及所需解决的一些问题。研制样机的球转子直径为45mm,定子直径为30mm,实现的堵转力矩为120mNm,空转转速12r/min,且各方向运转平稳,输出性能比较一致。该电机可用于各类空间机构。 展开更多

关键词 二自由度电机 行波型超声波电机 相位差控制 运动姿态控制

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三自由度行波型超声波电机的静力学分析 被引量：2

12

作者 傅平 郭吉丰 沈润杰 《浙江大学学报（工学版）》 EI CAS CSCD 北大核心 2007年第6期968-972,共5页

从三自由度行波型超声波电机的驱动原理与基本结构出发,使用变换矩阵得到了定转子的位置变换关系,进而分析了球转子的受力情况,并给出了定转子接触圆周的接触力方程.根据球转子和各个行波定子的力平衡方程,得到了球转子球心的微位移和... 从三自由度行波型超声波电机的驱动原理与基本结构出发,使用变换矩阵得到了定转子的位置变换关系,进而分析了球转子的受力情况,并给出了定转子接触圆周的接触力方程.根据球转子和各个行波定子的力平衡方程,得到了球转子球心的微位移和行波定子的轴向压紧量与行波定子的轴向压紧力的关系方程.仿真分析表明,对电机定子施加对称的压紧力、增大定子轴线与基本坐标系轴线的夹角和减小定子半径,能够减小定转子接触圆周上定子与转子不相互接触的区域,使电机性能得到充分发挥. 展开更多

关键词 行波型超声波电机 多自由度 静力学分析 电机控制

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二自由度行波型超声波电机的轨迹控制 被引量：2

13

作者 傅平 胡锡幸 郭吉丰 《振动与冲击》 EI CSCD 北大核心 2014年第18期84-89,101,共7页

对二自由度球形超声波电机来说,轨迹控制是输出性能的重要环节。对二自由度球形超声波电机进行了轨迹(路径)控制。首先以定子表面行波波峰点周向角速度的极小范数为优化目标,结合单个定子的调速和电机运行矢量原理作为电机运行模式的模... 对二自由度球形超声波电机来说,轨迹控制是输出性能的重要环节。对二自由度球形超声波电机进行了轨迹(路径)控制。首先以定子表面行波波峰点周向角速度的极小范数为优化目标,结合单个定子的调速和电机运行矢量原理作为电机运行模式的模型。为了实现球转子姿态的测量,采用了一种类似机械鼠标原理的球转子位置检测方法,再结合电机运行模式求出各个定子驱动电压的相位差,然后采用神经元PID算法来实现电机闭环轨迹控制。闭环控制下,电机转子运行时各个方向的误差控制在2个脉冲以内。 展开更多

关键词 行波型超声波电机 多自由度 球电机 运行机理

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二自由度行波型超声波电机定子的数学模型与实验研究 被引量：1

14

作者 傅平 沈润杰 +2 位作者 帅光举 郭吉丰 胡锡幸 《振动与冲击》 EI CSCD 北大核心 2013年第14期16-22,共7页

二自由度行波型超声波电机是一种新型多自由度超声波电机。本文从二自由度行波型超声波电机的驱动机理和基本结构出发,就电机的结构实现、驱动球转子的最佳定子结构进行了分析,利用所建立的有限元模型进行定子振动的模态分析和共振频率... 二自由度行波型超声波电机是一种新型多自由度超声波电机。本文从二自由度行波型超声波电机的驱动机理和基本结构出发,就电机的结构实现、驱动球转子的最佳定子结构进行了分析,利用所建立的有限元模型进行定子振动的模态分析和共振频率计算,提出了外缘大倾角内缘线接触的行波定子。然后建立定子的接触模型,对其机械性能进行分析。测试结果表明,修正的数学模型更加符合电机的实际运行特性。所研制样机的球转子直径为45 mm,定子直径为30 mm,实现的堵转力矩为120 mNm,空转转速12 r/min。该工作为多自由度行波型超声波电机的优化设计、性能提高奠定了基础。 展开更多

关键词 行波型超声波电机 二自由度 球电机 运行机理 结构设计

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行波接触型超声波电机特性与控制研究 被引量：1

15

作者 夏长亮 史婷娜 +1 位作者 吉崇庆 陈永校 《电工电能新技术》 CSCD 2001年第3期19-22,共4页

行波接触型超声波电机的工作原理与电磁型电机的工作原理截然不同 ,本文对其控制系统各组成部分作了分析 ,给出了控制器输出波形 ;并对行波接触型超声波电机定、转子之间的摩檫传动进行了研究 ,提出了电机效率计算方法 ,对机械特性与效... 行波接触型超声波电机的工作原理与电磁型电机的工作原理截然不同 ,本文对其控制系统各组成部分作了分析 ,给出了控制器输出波形 ;并对行波接触型超声波电机定、转子之间的摩檫传动进行了研究 ,提出了电机效率计算方法 ,对机械特性与效率曲线进行了计算 ,计算结果与实验测试结果相符合。 展开更多

关键词 行波接触型超声波电机 特性 电机控制 压电陶瓷

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基于超声波电机的移动焊接机器人焊枪精密定位控制系统研制 被引量：2

16

作者 吴晓 华亮 +3 位作者 顾菊平 王胜锋 张齐 倪玲 《工程设计学报》 CSCD 北大核心 2010年第5期372-376,共5页

为了实现移动焊接机器人焊枪的精密定位控制,提出了焊枪跟踪控制时基于调整电机微步导通时间实现无位置传感器开环精密定位控制的控制系统设计方法.在控制系统设计中充分利用EDA和单片机技术各自的优点,采用CPLD和单片机相结合,实现了... 为了实现移动焊接机器人焊枪的精密定位控制,提出了焊枪跟踪控制时基于调整电机微步导通时间实现无位置传感器开环精密定位控制的控制系统设计方法.在控制系统设计中充分利用EDA和单片机技术各自的优点,采用CPLD和单片机相结合,实现了双行波超声波电机微步控制.实验证明该控制器可控精度高、可靠稳定、可维护性强,不需要高精度位移传感器就可控制焊枪达到很高的定位精度.研究所得的方法和结论具有较强的通用性,在基于环形行波超声波电机驱动的XY平面精密定位控制中具有普遍的应用意义. 展开更多

关键词 移动焊接机器人 环形行波超声波电机 微步控制 精密定位 CPLD

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双转子柱体超声波电机运行机理与实验研究 被引量：18

17

作者 莫岳平 胡敏强 +3 位作者 金龙 徐志科 顾菊平 王心坚 《中国电机工程学报》 EI CSCD 北大核心 2003年第1期84-87,共4页

环形行波型超声波电机小直径条件下,输出性能逐渐失去低速大扭矩的特点。而柱体弯曲振动超声波电机是靠圆柱定子端部的摇头振动并通过摩擦来驱动转子的,定子的直径越小,摇头振动的幅值越大,因而,小直径时更能显示出这种电机的优越性。... 环形行波型超声波电机小直径条件下,输出性能逐渐失去低速大扭矩的特点。而柱体弯曲振动超声波电机是靠圆柱定子端部的摇头振动并通过摩擦来驱动转子的,定子的直径越小,摇头振动的幅值越大,因而,小直径时更能显示出这种电机的优越性。该文阐述了双转子柱体弯曲振动超声波电机的运行机理,证明了定子表面质点运动轨迹为一椭球;利用ANSYS有限元软件分析了电机的弯曲振动模态;用阻抗特性分析仪分析了电机的阻抗特性和相位特性;制作了直径为20mm、有两个转子的柱体弯曲振动超声波电机, 并对其输出特性进行了测试,最大转矩达0.16Nm、最高转速为220r/min。 展开更多

关键词 环形行波型超声波电机 运行机理 实验研究 有限元方法 定子 双转子柱体超声波电机

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球形二自由度超声波电机的运行机理和特性 被引量：3

18

作者 傅平 郭吉丰 +2 位作者 沈润杰 帅光举 蔡萍 《电工技术学报》 EI CSCD 北大核心 2009年第4期42-47,共6页

球形二自由度超声波电机可以实现二个自由度的运动,从二自由度行波型超声波电机的基本结构与驱动原理出发,建立了定转子的位置关系式,从而得到电机的驱动力方程,进而求出定子的驱动力矩方程,然后分别对转子在静止和转动情况下的驱动力... 球形二自由度超声波电机可以实现二个自由度的运动,从二自由度行波型超声波电机的基本结构与驱动原理出发,建立了定转子的位置关系式,从而得到电机的驱动力方程,进而求出定子的驱动力矩方程,然后分别对转子在静止和转动情况下的驱动力方程做了讨论,最后求出球形二自由度超声波电机的驱动力矩数学模型。随之通过电机的结构参数对电机的驱动力矩进行了仿真计算,然后通过实验对驱动力矩做了初步验证,实验结果证明了数学模型的有效性,对二自由度行波型超声波电机的优化设计和性能提高奠定了理论基础。 展开更多

关键词 行波型超声波电机 多自由度 运行机理 电机控制

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弛豫铁电单晶超声电机的动态响应模拟与分析

19

作者 曹磊 杜慧玲 +2 位作者 史翔 任广林 马武祥 《压电与声光》 CSCD 北大核心 2017年第3期370-373,共4页

相对于传统压电陶瓷,新型压电单晶材料铌镁酸铅-钛酸铅(PMNT)具有更优良的介电和压电性能。该文将PMNT单晶作为超声电机的驱动材料,引入二维弹性接触、预应力等因素建立数学模型。经Matlab软件对20mm超声电机进行模拟,其最大空载转速... 相对于传统压电陶瓷,新型压电单晶材料铌镁酸铅-钛酸铅(PMNT)具有更优良的介电和压电性能。该文将PMNT单晶作为超声电机的驱动材料,引入二维弹性接触、预应力等因素建立数学模型。经Matlab软件对20mm超声电机进行模拟,其最大空载转速为383r/min,输入电压频率为50.3kHz。经过与实测结果对比,该模型能够较准确地模拟电机稳态运行时的性能参数。 展开更多

关键词 行波超声波电机 机电耦合 模拟 铌镁酸铅-钛酸铅(PMNT)单晶

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新型混合直接驱动的机器人关节精密定位系统 被引量：1

20

作者 华亮 吴晓 冯浩 《机电工程》 CAS 2008年第3期10-12,110,共4页

充分利用电磁电机和超声波电机各自的优点,提出了一种新型混合直接驱动系统。该系统采用步进电机与行波超声波电机分时直接驱动机器人关节,通过两阶段定位控制,可实现机器人关节高精度、长寿命、大行程、开环精密定位。实践证明,将电磁... 充分利用电磁电机和超声波电机各自的优点,提出了一种新型混合直接驱动系统。该系统采用步进电机与行波超声波电机分时直接驱动机器人关节,通过两阶段定位控制,可实现机器人关节高精度、长寿命、大行程、开环精密定位。实践证明,将电磁电机与超声波电机相结合的思想具有很好的研究价值和应用前景。 展开更多

关键词 直接驱动 步进电机 行波超声波电机 电磁机构 微步控制

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