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驻波型直线超声波电机接触特性有限元建模与分析
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作者 蒋春容 薛鑫岩 +1 位作者 陆旦宏 金龙 《振动与冲击》 EI CSCD 北大核心 2024年第16期42-50,共9页
超声波电机接触摩擦是影响电机性能的关键环节,建立超声波电机的接触模型对电机性能优化具有重要作用。现有对驻波型超声波电机接触问题的研究,大多采用解析法,需要采用较多的简化假设,难以准确反映电机实际结构及真实接触情况。针对这... 超声波电机接触摩擦是影响电机性能的关键环节,建立超声波电机的接触模型对电机性能优化具有重要作用。现有对驻波型超声波电机接触问题的研究,大多采用解析法,需要采用较多的简化假设,难以准确反映电机实际结构及真实接触情况。针对这一问题,采用有限元法,对驻波型直线超声波电机接触特性进行建模和分析。首先,考虑定子复合结构,建立定子三维有限元模型,分析定子在外加电压作用下的振动响应,得到定子振动位移表达式。在此基础上,考虑定子与动子的结构和接触特点,建立定、动子接触三维有限元模型。基于所建立的模型,分析了定、动子的接触状态、接触压力分布,并研究了驱动电压大小和预压力变化对接触特性和电机性能的影响。最后,搭建试验测试平台,测量了电机的输出特性,并与理论计算值进行对比,对比结果验证了所建立的定、动子三维有限元接触模型。 展开更多
关键词 直线超声波电机 驻波 有限元模型 接触特性
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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
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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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基于场路结合的大功率直线超声波电机压电-热-结构多物理场分析 被引量:4
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作者 李响 郭鹏涛 丁远 《电工技术学报》 EI CSCD 北大核心 2024年第2期423-433,共11页
物理场分析对于大功率直线超声波电机的设计与优化至关重要,该文提出一种基于场路结合的超声波电机压电-热-结构多物理场解耦分析方法,解决了超声波电机传统多物理场分析方法无法兼顾分析效率与计算精度的问题。基于场的观点建立压电-... 物理场分析对于大功率直线超声波电机的设计与优化至关重要,该文提出一种基于场路结合的超声波电机压电-热-结构多物理场解耦分析方法,解决了超声波电机传统多物理场分析方法无法兼顾分析效率与计算精度的问题。基于场的观点建立压电-结构耦合以及热-结构耦合有限元模型,基于路的观点构建定子电-振-热耦合损耗计算模型及其二维热网络模型,在此基础上通过超声波电机内部固有的电-振-热耦合效应实现压电-热-结构多物理场耦合分析,并实现了对多场耦合作用下电机作动性能、电气特性、温升特性以及关键部件机械强度的快速同步评估。利用该方法对一台V型定子大功率直线超声波电机进行理论建模与分析,仿真和实验结果表明,所提出的方法可为大功率直线超声波电机的多物理场分析及多场耦合优化设计提供理论参考。 展开更多
关键词 超声波电机 多物理场 场路结合 性能评估
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基于改进Stribeck模型的超声波电机力矩-速度迟滞特性研究
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作者 傅平 谢朝阳 《振动与冲击》 EI CSCD 北大核心 2024年第15期269-276,共8页
为研究超声波电机的力矩-速度迟滞非线性,需要建立适当的数学模型对其进行分析。该文使用基于改进Stribeck模型对超声波电机迟滞特性进行建模,进而对电机输出力矩与转速之间的迟滞关系进行分析,然后通过超声波电机半实物仿真平台,对电... 为研究超声波电机的力矩-速度迟滞非线性,需要建立适当的数学模型对其进行分析。该文使用基于改进Stribeck模型对超声波电机迟滞特性进行建模,进而对电机输出力矩与转速之间的迟滞关系进行分析,然后通过超声波电机半实物仿真平台,对电机的力矩-速度特性进行实时测量,将改进Stribeck模型得到的迟滞曲线与试验得到的迟滞曲线进行比较,接着对改进Stribeck模型的参数(如黏滞系数和等效转动惯量等)进行整定,达到与实测迟滞曲线的最佳拟合效果,最后分析超声波电机在不同速度范围其力矩-速度的迟滞关系,尤其是低速运行时黏滞效应对迟滞参数的影响,试验结果表明改进Stribeck模型用于分析电机力矩-速度迟滞特性的有效性。 展开更多
关键词 超声波电机 迟滞特性 改进Stribeck模型
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超声波电机二阶线性时变模型的迭代学习辨识建模
5
作者 周星龙 史敬灼 《电机与控制学报》 EI CSCD 北大核心 2024年第8期174-184,共11页
为了提高超声波电机(USM)转速控制模型的精度,提出一种基于迭代学习辨识的二阶线性时变模型建模方法。针对USM的非线性与时变特性,首先基于超声波电机驱动电压的频率作为输入变量,转速作为输出变量,建立一个描述其动态行为的线性时变模... 为了提高超声波电机(USM)转速控制模型的精度,提出一种基于迭代学习辨识的二阶线性时变模型建模方法。针对USM的非线性与时变特性,首先基于超声波电机驱动电压的频率作为输入变量,转速作为输出变量,建立一个描述其动态行为的线性时变模型。为提高模型辨识的精度与鲁棒性,改进迭代学习辨识(ILI)算法,通过优化误差加权范数和参数变化率范数相结合的目标函数,并且设计新的学习律,利用归一化柯西滤波窗口进一步地构造学习律的权重矩阵。仿真与实验结果表明,所提的二阶线性时变模型在描述USM转速运动特性方面具有较高的精度,迭代学习辨识算法展现了优良的收敛性和鲁棒性,能够有效应对时变扰动并改进USM的运动控制性能。 展开更多
关键词 超声波电机 线性时变系统 迭代学习辨识 学习律 双范数最优 转速控制模型
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行波接触型超声波电机定子振动有限元分析 被引量:57
6
作者 夏长亮 郑尧 +2 位作者 史婷娜 邵汉光 陈永校 《中国电机工程学报》 EI CSCD 北大核心 2001年第2期25-28,32,共5页
行波接触型超声波电机是一种利用压电晶体的逆压电效应获得驱动力矩的新原理微特电机 ,它与由电磁作用获得转矩的电磁型电机的工作原理截然不同。该文在考虑定子环沿径向厚度变化及内外边界约束条件的基础上 ,建立了带有齿的行波接触型... 行波接触型超声波电机是一种利用压电晶体的逆压电效应获得驱动力矩的新原理微特电机 ,它与由电磁作用获得转矩的电磁型电机的工作原理截然不同。该文在考虑定子环沿径向厚度变化及内外边界约束条件的基础上 ,建立了带有齿的行波接触型超声波电机定子模型 ,利用有限元法进行了定子模态和强迫振动响应分析 ,研究了定子直径和齿高对定子振动的影响。通过计算结果与实验的比较 ,证明有限元方法对于由复合材料构成、具有齿的超声波电机定子振动的分析是一种行之有效的方法。 展开更多
关键词 超声波电机 定子 振动 有限元分析 行波接触型
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基于DSP的超声波电机控制系统 被引量:24
7
作者 金龙 褚国伟 +3 位作者 王心坚 翟晓军 顾菊萍 胡敏强 《电工技术学报》 EI CSCD 北大核心 2004年第8期93-98,共6页
超声波电机是一种新型的电机,其控制和驱动方法有别于传统的电磁电机。本文主要介绍了课题组所研制的一种基于DSP的超声波电机的控制系统,对系统的硬件及软件的实现技术做了分析。测试结果表明控制系统的性能稳定,控制方法可行。
关键词 超声波电机 DSP CPLD 振荡器
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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
8
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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超声波电机振动模态有限元分析 被引量:60
9
作者 莫岳平 胡敏强 +3 位作者 徐志科 金龙 顾菊平 王心坚 《中国电机工程学报》 EI CSCD 北大核心 2002年第11期92-96,共5页
振动模态分析是超声波电机优化设计的重要步骤。该文描述了超声波电机振动模态分析数学模型。以直径为100 mm的环形行波型超声波电机为例,给出了电机振动模态ANSYS有限元分析结果,特别阐述了最优振动模态的选择。并对制作的电机进行了... 振动模态分析是超声波电机优化设计的重要步骤。该文描述了超声波电机振动模态分析数学模型。以直径为100 mm的环形行波型超声波电机为例,给出了电机振动模态ANSYS有限元分析结果,特别阐述了最优振动模态的选择。并对制作的电机进行了实验验证,结果表明:分析结果与实测结果一致。 展开更多
关键词 超声波电机 振动模态 有限元分析 数学模型 数值计算
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超声波电机谐振升压式驱动技术研究 被引量:32
10
作者 顾菊平 胡敏强 +4 位作者 石斌 莫岳平 金龙 徐志科 王心坚 《中国电机工程学报》 EI CSCD 北大核心 2002年第8期49-52,共4页
该文通过超声波电机的等效电路,提出了无变压器驱动的谐振升压式驱动电路。对该电路进行理论分析和PSPICE仿真后,得出输出电压同驱动占空比的关系近似为线性,同串联电感的平方根成反比,并通过实验对仿真结果进行了验证。应用此电路驱动... 该文通过超声波电机的等效电路,提出了无变压器驱动的谐振升压式驱动电路。对该电路进行理论分析和PSPICE仿真后,得出输出电压同驱动占空比的关系近似为线性,同串联电感的平方根成反比,并通过实验对仿真结果进行了验证。应用此电路驱动定子直径为30mm的环形行波超声波电机,证明此电路在超声波电机的小功率驱动控制中具有实用性和可靠性。与目前通常采用变压器的超声波电机控制器相比,使用该电路装置的体积比原来至少可以减少1/3,重量减轻1/2,制作成本降低1/5,便于集成化生产。 展开更多
关键词 超声波电机 谐振 升压式驱动技术 等效电路
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行波超声波电机瞬态特性的测试及分析 被引量:23
11
作者 胡敏强 王心坚 +3 位作者 金龙 王敏才 徐志科 顾菊平 《中国电机工程学报》 EI CSCD 北大核心 2006年第23期120-125,共6页
瞬态响应特性是超声波电机的一项重要性能指标。通过主要由光电编码器和数字示波器组成的测试系统,对直径60mm行波超声波电机的瞬态响应特性进行测试,测得超声波电机启动和断电自锁时定子振动和转速变化的过程。利用测试数据和建立定、... 瞬态响应特性是超声波电机的一项重要性能指标。通过主要由光电编码器和数字示波器组成的测试系统,对直径60mm行波超声波电机的瞬态响应特性进行测试,测得超声波电机启动和断电自锁时定子振动和转速变化的过程。利用测试数据和建立定、转子接触面上力的传递、转子内力的传递、定、转子振动耦合特性等力学模型,对行波超声波电机的瞬态特性进行理论分析。这些分析为超声波电机的深入研究提供了理论依据。 展开更多
关键词 超声波电机 瞬态特性 测试系统 力学分析
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超声波电机摩擦和磨损特性探究 被引量:10
12
作者 沈申生 华亮 《润滑与密封》 CAS CSCD 北大核心 2006年第10期192-195,共4页
超声波电机是以摩擦力作为驱动源的新型电机。阐述了其摩擦磨损机制,从力学的角度分析了超声波电机产生非线性的原因:一是定子与转子之间基于摩擦的非线性接触,使得超声波电机系统具有跳跃、滞后等特性;二是温度、磨损等导致电机材料特... 超声波电机是以摩擦力作为驱动源的新型电机。阐述了其摩擦磨损机制,从力学的角度分析了超声波电机产生非线性的原因:一是定子与转子之间基于摩擦的非线性接触,使得超声波电机系统具有跳跃、滞后等特性;二是温度、磨损等导致电机材料特性和电机输出特性的变化。指出只有提高超声波电机的线性度和稳定性,才能提高它的输出功率,延长其使用寿命。 展开更多
关键词 超声波电机(usm) 摩擦 磨损
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基于局部放电和超声波法研究大电机定子绝缘的老化特性 被引量:24
13
作者 郝艳捧 王国利 +1 位作者 谢恒堃 贾志东 《电工技术学报》 EI CSCD 北大核心 2002年第2期1-6,共6页
对谏壁电厂 7号机 (18kV ,30 0MW )更换线棒进行了多因子加速老化试验 ,在线棒的不同老化阶段进行了局部放电和超声波声速试验。试验发现 ,局部放电平均值是反映绝缘缺陷最好的参数 ,在局部放电统计参数中 ,放电平均值相位分布的偏斜度... 对谏壁电厂 7号机 (18kV ,30 0MW )更换线棒进行了多因子加速老化试验 ,在线棒的不同老化阶段进行了局部放电和超声波声速试验。试验发现 ,局部放电平均值是反映绝缘缺陷最好的参数 ,在局部放电统计参数中 ,放电平均值相位分布的偏斜度最能反映绝缘的老化程度。超声波声速试验的结果显示出 ,超声波声速可以表征发电机定子绝缘老化状态 ;随着线棒老化时间增长 ,其超声波声速明显降低。两项试验结果一致地表明 。 展开更多
关键词 局部放电 超声波 电机 定子绝缘 老化特性
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基于液体媒质的非接触型超声波电机理论与实验研究 被引量:18
14
作者 夏长亮 胡俊辉 +2 位作者 史婷娜 邵汉光 陈永校 《中国电机工程学报》 EI CSCD 北大核心 2001年第8期64-67,共4页
非接触型超声波电机有效地解决了接触型超声波电机因接触摩檫所引起的使用寿命低、不能长时间连续运转等难题 ,是超声波电机领域的一个新的研究方向。介绍了一种基于液体媒质的非接触型超声波电机 ,其定子与转子是不接触的 ,并且转子浸... 非接触型超声波电机有效地解决了接触型超声波电机因接触摩檫所引起的使用寿命低、不能长时间连续运转等难题 ,是超声波电机领域的一个新的研究方向。介绍了一种基于液体媒质的非接触型超声波电机 ,其定子与转子是不接触的 ,并且转子浸于液体媒质之中 ,定子压电振动所产生的能量通过定、转子间的液体传递给转子 ,从而驱动转子旋转。给出了该电机的结构及驱动电路 ,对其运行机理进行了理论分析 ,利用有限元法对定子振动情况进行了模态分析。讨论了水位高度、定子振动速度等对电机性能的影响 ,并通过实验进行了验证 。 展开更多
关键词 非接触型超声波电机 实验 液体媒体 驱动电路
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基于神经元自适应PID的超声波电机速度位置控制 被引量:21
15
作者 傅平 郭吉丰 +2 位作者 丁敬 周广睿 沈润杰 《电工技术学报》 EI CSCD 北大核心 2007年第2期28-33,共6页
超声波电机是强非线性时变系统,用常规的PID难以取得满意的效果。针对超声波电机的速度和位置控制,提出了神经元自适应PID算法。由于神经元自适应PID可以在线调整其参数值,因此当电机运行情况发生变化时可以通过改变控制参数来实现速度... 超声波电机是强非线性时变系统,用常规的PID难以取得满意的效果。针对超声波电机的速度和位置控制,提出了神经元自适应PID算法。由于神经元自适应PID可以在线调整其参数值,因此当电机运行情况发生变化时可以通过改变控制参数来实现速度和位置的快速跟踪。实验表明,使用神经元自适应PID算法对超声波电机进行速度和位置控制,可以达到快速响应和高精度的控制效果。 展开更多
关键词 超声波电机 神经元PID控制器 控制系统
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超声波电机自激振荡驱动电路的变频控制特性 被引量:10
16
作者 甘云华 金龙 +3 位作者 王心坚 顾菊平 徐志科 胡敏强 《中国电机工程学报》 EI CSCD 北大核心 2008年第9期93-97,共5页
针对单相超声波电机的自激振荡驱动电路,重点分析了电路选频网络中不同元件参数对电路自激选频特性的影响,建立了电机动态阻抗变化特征、电路自激信号频率和电路参数之间的一个方程组,得出在超声波电机的工作频率范围内,电路自激频率随... 针对单相超声波电机的自激振荡驱动电路,重点分析了电路选频网络中不同元件参数对电路自激选频特性的影响,建立了电机动态阻抗变化特征、电路自激信号频率和电路参数之间的一个方程组,得出在超声波电机的工作频率范围内,电路自激频率随选频网络中下端电阻的增大而增大,随电感的增大而减小,实验结果与理论推导基本相符。电路中选择不同的电阻和电感值可以实现调频,即对超声波电机的变频控制。在电机稳定工作点的一定频带范围内电路可以实现自动频率跟踪功能。 展开更多
关键词 单相 超声波电机 自激振荡 调频 频率跟踪
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液体媒质超声波电机特性与饱和流速的研究 被引量:10
17
作者 夏长亮 杨荣 +2 位作者 胡俊辉 祁温雅 史婷娜 《中国电机工程学报》 EI CSCD 北大核心 2004年第2期139-143,共5页
与一般超声波电机依靠定转子之间的摩擦来传递能量不同,非接触型超声波电机的定转子不直接接触,克服了接触型超声波电机的易磨损、不能长时间工作等缺点,是超声波电机领域的一个新的研究方向。该文介绍了一种基于液体媒质的非接触型超... 与一般超声波电机依靠定转子之间的摩擦来传递能量不同,非接触型超声波电机的定转子不直接接触,克服了接触型超声波电机的易磨损、不能长时间工作等缺点,是超声波电机领域的一个新的研究方向。该文介绍了一种基于液体媒质的非接触型超声波电机,其转子浸于液体之中,不与定子直接接触,定子振动所产生的能量,通过液体传递给转子,从而驱动电机旋转。文章给出了电机的结构及工作原理,并且简要介绍了电机驱动电路的实现。该 文实验验证了电机的基本运行特性,测定了电机转速、驱动频率和驱动电压之间的关系。实验中发现,在一定范围内,电机中液体旋转速度随定子振动速度的增大而增大,而当电机定子圆环振动速度超过某一特定值后,电机中液体的转速出现了饱和流速现象。文章中对液体饱和流速问题进行了理论分析,证明了液体中声场的非线性是导致饱和流速的主要因素,并通过实验测出了饱和流速与液面高度、液体浓度和非线性参数之间的关系,实验结果与理论分析结果一致。 展开更多
关键词 超声波电机 饱和流速 定子 转子 液体媒质 运行特性
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基于COMSOL Multiphysics超声波电机的谐振特性分析 被引量:12
18
作者 吕琼莹 杨艳 +1 位作者 焦海坤 张志杰 《压电与声光》 CSCD 北大核心 2012年第6期864-867,共4页
基于COMSOL Multiphysics对超声波电机压电振子谐振特性进行了理论分析,建立了超声波电机压电振子的实体模型,仿真计算出了压电振子的谐振频率,确定超声波电动机的最佳工作频段,提出了电机与驱动电路匹配方法。试验结果表明:当对压电振... 基于COMSOL Multiphysics对超声波电机压电振子谐振特性进行了理论分析,建立了超声波电机压电振子的实体模型,仿真计算出了压电振子的谐振频率,确定超声波电动机的最佳工作频段,提出了电机与驱动电路匹配方法。试验结果表明:当对压电振子施加幅值为100V的激励电压后,软件分析和数学计算基本一致,可见仿真分析方法的可行性,为研究超声波电机谐振特性提供了一种简便的计算方法。 展开更多
关键词 超声波电机 COMSOL MULTIPHYSICS 谐振频率
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振动模态与超声波电机性能关系的研究 被引量:14
19
作者 莫岳平 胡敏强 +4 位作者 金龙 顾菊平 石斌 王心坚 徐志科 《电工技术学报》 EI CSCD 北大核心 2002年第3期7-11,共5页
振动模态选择是超声波电机设计的重要环节 ,也是影响电机性能的重要因素。本文介绍了超声波电机振动模态形式及其选择的原则。采用有限元分析方法计算了所设计电机的振动模态和共振频率 ;用阻抗特性分析仪测量了不同模态对应的共振频率 ... 振动模态选择是超声波电机设计的重要环节 ,也是影响电机性能的重要因素。本文介绍了超声波电机振动模态形式及其选择的原则。采用有限元分析方法计算了所设计电机的振动模态和共振频率 ;用阻抗特性分析仪测量了不同模态对应的共振频率 ,其结果与有限元分析结果一致。 展开更多
关键词 超声波电机 振动模态 输出特性 有限元分析
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行波超声波电机非参数辨识模型 被引量:12
20
作者 王心坚 金龙 +3 位作者 尧波 胡敏强 徐志科 顾菊平 《中国电机工程学报》 EI CSCD 北大核心 2008年第18期83-89,共7页
超声波电机的输出特性与驱动频率呈非线性关系。同时在驱动频率切换期间,振动的初始状态对转速变化过程也会产生影响。行波超声波电机(traveling-wave ultrasonic motor,TUSM)动态过程与切换频率前后值的选取及频率变化方向有关。将TUS... 超声波电机的输出特性与驱动频率呈非线性关系。同时在驱动频率切换期间,振动的初始状态对转速变化过程也会产生影响。行波超声波电机(traveling-wave ultrasonic motor,TUSM)动态过程与切换频率前后值的选取及频率变化方向有关。将TUSM频率阶跃响应过程近似线性化,利用系统辨识中的非参数建模方法,建立在特定切换频率条件下的二阶线性模型。在TUSM工作范围内,辨识若干组不同切换频率条件下的近似二阶线性模型,将这些模型的参数进行二维或三维拟合,得到了一个关于TUSM传递函数的多输入多输出模型。利用60mm行波超声波电机作为研究实例,实验与仿真结果表明,模型计算值与实测值接近,表明建模方法可行。 展开更多
关键词 超声波电机 传递函数 系统辨识 动态模型 频率变化
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