平面超声电机的设计与控制

作     者：周广波 

作者单位：山东理工大学 

学位级别：硕士

导师姓名：赵学涛

授予年度：2015年

学科分类：080801[工学-电机与电器] 0808[工学-电气工程] 08[工学] 

主      题：平面超声电机 频率跟踪 有限元 模态简并 性能测试 

摘      要：超声电机作为近几十年来发展起来的新型电机,具有结构简单、位移分辨率高、响应速度快、无电磁干扰、能在真空中工作等优点,在很多领域已经开始应用。与电磁式电机相比,超声电机发展时间短暂,理论不够成熟,对本身结构、材料、工作环境的稳定性要求比较严格,驱动系统设计不完善,针对超声电机存在的这些问题,本文设计了一种新型正交型平面超声电机。本文主要任务:(1)超声电机结构的设计。首先进行超声电机材料的选择与分析,其中压电陶瓷作为系统的能量转换元件,对工作环境要求比较苛刻,而且很多因素都会对其工作性能产生影响,通过对这些影响因素的分析,提出解决方案,设计了检测压电陶瓷,便于超声电机工作情况的反馈。(2)利用有限元,在超声电机结构模型的基础上,对超声电机换能器进行模态简并。通过对灵敏度分析,确定其纵弯频率21774Hz。并利用有限元瞬态分析法,以超声电机X轴方向的运动为例,对超声电机进行运动分析,建立超声电机运动方程,推导出超声电机驱动足上质点做椭圆运动机理。(3)设计了超声电机驱动电源。通过对超声电机工作时影响因素的分析,设计了频率跟踪系统,保证超声电机在工作环境发生变化时能够正常的运行。并对超声电机样机进行性能测试,分析不同输入信号对超声电机性能的影响。