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直线超声电机驱动信号分析及其微步距输出特性研究

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中国电机工程学报 2017年第10期37卷 2994-3000页

作者：张军时运来冯森赵淳生机械结构力学及控制国家重点实验室(南京航空航天大学) 江苏省南京市210016

为了充分利用直线超声电机响应快、分辨率高的特点,并实现电机的微步距控制,研究了激励信号对电机微步距输出特性的影响。首先,通过分析电机的瞬态特性,研究了电机单步距作动过程;其次,为了实现电机激励信号的精确控制,分析了双PWM拓扑... 详细信息

为了充分利用直线超声电机响应快、分辨率高的特点,并实现电机的微步距控制,研究了激励信号对电机微步距输出特性的影响。首先,通过分析电机的瞬态特性,研究了电机单步距作动过程;其次,为了实现电机激励信号的精确控制,分析了双PWM拓扑结构超声电机驱动器的工作原理,并通过实验对驱动器关断控制进行了研究;最后,分别研究了激励信号周期数、激励电压峰峰值和激励时间间隔对电机微步距特性的影响。实验结果表明,当驱动器采用具有泄放回路的零相位关断时,能够实现激励信号的精确控制。当以激励电压作为参变量,激励时间间隔大于10ms时,电机微步距特性曲线具有较强的线性特性,有利于电机微步距控制;激励时间间隔小于3ms时,能够有效降低电机平均速度,实现低速控制。

关键词：直线超声电机微步距驱动器激励信号关断特性

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直线超声电机驱动的并联微操作手的结构设计

机器人 2015年第5期37卷 573-580页

作者：王赟姚志远耿冉冉南京航空航天大学机械结构强度与振动国家重点实验室江苏南京210016

提出一种基于直线超声电机驱动的两指微操作手,它具有纳米级的定位精度,其操作空间在毫米级的范围,提高了微操作手的实用性.该操作手采用并联机构,以直线超声电机作为滑动副驱动微操作手,以柔性铰链作为转动副.利用机构学分析了微操作... 详细信息

提出一种基于直线超声电机驱动的两指微操作手,它具有纳米级的定位精度,其操作空间在毫米级的范围,提高了微操作手的实用性.该操作手采用并联机构,以直线超声电机作为滑动副驱动微操作手,以柔性铰链作为转动副.利用机构学分析了微操作手的运行机理.利用ADAMS软件建立了微操作手的运动学模型,分析了微操作手的输出特性,包括探针在时域的位置、速度和加速特性,以及操作空间.直线超声电机的使用简化了微操作手的结构,增加了操作空间.柔性铰链作为转动副能够保证纳米级的定位精度.微操作手原型机的初步试验表明,它能够用于微小颗粒的实时抓取,其探针的位移分辨率达到100 nm,工作位移达到2 mm.

关键词：微操作手直线超声电机大行程并联机构

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直线超声电机设计、建模和应用的研究进展

振动．测试与诊断 2016年第4期36卷 615-623,805页

作者：姚志远李晓牛李响耿冉冉简月刘振代士超南京航空航天大学机械结构力学及控制国家重点实验室南京210016

直线超声电机作为一种新型作动器,以其独特的结构和驱动原理,在高新技术领域有着广泛的应用。首先,回顾了电机结构设计方面的研究进展,提出了电机的设计理论和方法,阐述了电机结构形式的演化和夹持结构的设计方法;其次,介绍了有关电机... 详细信息

直线超声电机作为一种新型作动器,以其独特的结构和驱动原理,在高新技术领域有着广泛的应用。首先,回顾了电机结构设计方面的研究进展,提出了电机的设计理论和方法,阐述了电机结构形式的演化和夹持结构的设计方法;其次,介绍了有关电机理论模型的研究进展,提出了定子机电耦合模型、摩擦接触模型和定/动子冲击模型等;最后,报道了直线超声电机在高精度运动平台、细胞显微操作、微夹持器和绝对重力仪方面的最新应用。

关键词：压电作动器直线超声电机结构设计动力学模型

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新型行波直线超声电机的结构与有限元分析

振动．测试与诊断 2022年第3期42卷 439-445,612,613页

作者：杨淋陈亮任韦豪张蕉蕉唐思宇南京航空航天大学机械结构力学及控制国家重点实验室南京210016 中国科学院微小卫星创新研究院上海201210 陆军工程大学野战工程学院南京210007 南京航达超控科技有限公司南京211100

提出了一种新型行波直线超声电机结构,该电机利用2个固有频率接近的面内弯曲模态叠加形成沿周向传播的行波,从而驱动动子做直线运动。首先,基于有限元法建立了考虑定、动子三维接触的整机动力学模型,对定子结构尺寸进行设计;其次,通过... 详细信息

提出了一种新型行波直线超声电机结构,该电机利用2个固有频率接近的面内弯曲模态叠加形成沿周向传播的行波,从而驱动动子做直线运动。首先,基于有限元法建立了考虑定、动子三维接触的整机动力学模型,对定子结构尺寸进行设计;其次,通过该模型分析了定、动子之间的接触力传递过程、电机的驱动机理、电机稳定运行时驱动足的椭圆运行轨迹、电机的启停特性以及不同输入参数下电机的输出性能等动力学特性;最后,试制原理样机,搭建实验平台对电机性能进行测试。研究结果表明:该电机工作原理可行,机械输出性能良好;所建立的有限元模型合理,使用该模型能预测电机的性能,并进一步指导电机的设计及优化。

关键词：行波直线超声电机有限元法动力学模型

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直线超声电机驱动的精密运动平台位移分辨率

振动与冲击 2015年第22期34卷 178-182页

作者：王金鹏周宏平时运来南京林业大学机械电子工程学院南京210037 南京航空航天大学机械结构力学及控制国家重点实验室南京210016

由于纳米级精度运动平台在电子隧道扫描显微镜、光刻机及精密医疗设备有广泛需求,传统驱动方式中大行程、高精度难以同时实现,而直线超声电机直接驱动的精密运动平台可望解决该问题。研究所建大行程直线超声电机系统位移分辨率影响因素... 详细信息

由于纳米级精度运动平台在电子隧道扫描显微镜、光刻机及精密医疗设备有广泛需求,传统驱动方式中大行程、高精度难以同时实现,而直线超声电机直接驱动的精密运动平台可望解决该问题。研究所建大行程直线超声电机系统位移分辨率影响因素,通过死区时间理论及启停实验曲线分析探索运动平台可能达到的最小步距;借助XL-80激光干涉仪,实验研究驱动波形、预压力及驱动电压对平台步距影响。结果显示,运动平台分辨率可达25 nm。

关键词：直线超声电机平台实验位移分辨率步距

直线超声电机驱动的平面3-PRR并联平台的运动学标定

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机器人 2014年第4期36卷 485-490页

作者：周丽平张泉孙志峻南京航空航天大学机械结构力学及控制国家重点实验室江苏南京210016

以直线超声电机驱动的平面3-PRR并联平台为研究对象,基于视觉测量对它进行了运动学标定.首先介绍了该并联平台结构,然后推导了其运动学模型并给出了误差函数指标.针对并联平台运动学标定问题,利用CCD相机作为外部测量装置,通过图像处理... 详细信息

以直线超声电机驱动的平面3-PRR并联平台为研究对象,基于视觉测量对它进行了运动学标定.首先介绍了该并联平台结构,然后推导了其运动学模型并给出了误差函数指标.针对并联平台运动学标定问题,利用CCD相机作为外部测量装置,通过图像处理技术对动平台上的人工特征中心定位,实现了对并联平台动平台位姿的精确测量;最后利用粒子群算法对并联平台运动学参数进行了优化,实现了对并联平台的运动学标定.标定实验结果表明:动平台走一个长轴为16mm、短轴为10mm的椭圆形轨迹,标定前轨迹误差最大大于800μm,标定后轨迹误差缩小到20μm以内,有效提高了并联平台的精度,验证了标定结果的有效性.

关键词：并联平台运动学标定直线超声电机视觉测量

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直线超声电机驱动精密二维定位平台系统

中国电机工程学报 2014年第18期34卷 2960-2966页

作者：张军时运来梁大志赵淳生机械结构力学及控制国家重点实验室(南京航空航天大学) 江苏省南京市210016

针对当前精密作动技术领域对精密定位系统提出越来越高的要求，设计了一种由蝶形直线超声电机驱动的二维精密定位平台系统。该定位平台系统行程为50mm×50mm，以直线型增量光栅编码器作为位置反馈元件，通过上位机编程实现运动控制卡对... 详细信息

针对当前精密作动技术领域对精密定位系统提出越来越高的要求，设计了一种由蝶形直线超声电机驱动的二维精密定位平台系统。该定位平台系统行程为50mm×50mm，以直线型增量光栅编码器作为位置反馈元件，通过上位机编程实现运动控制卡对精密定位平台系统进行控制。为了实现直线超声电机的驱动，设计了一种新型直线超声电机驱动器，实现驱动电压和驱动频率的独立控制。在控制过程中，通过使用复合控制技术，同时结合直线超声电机具有高分辨率步进的控制特性，最终使系统达到高精度运动的控制效果。实验结果表明，在0～50mm行程内，实现了小于0．28μm的定位精度。

关键词：直线超声电机压电精密定位复合控制

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直线超声电机动子运动特性研究

压电与声光 2018年第3期40卷 344-348页

作者：李慧鹏孙业飞唐若祥吕亚宁刘缤艳北京航空航天大学光电技术研究所北京100191

对基于面内振动的直线超声电机运动特性进行研究,简述了电机工作原理及定子椭圆运动产生条件,分析了电机运转时动子与定子的接触状态。结合定子周期性伸缩振动,以等速点(定子与动子速度相等时刻点)和临界接触点为分割点,研究了一个激励... 详细信息

对基于面内振动的直线超声电机运动特性进行研究,简述了电机工作原理及定子椭圆运动产生条件,分析了电机运转时动子与定子的接触状态。结合定子周期性伸缩振动,以等速点(定子与动子速度相等时刻点)和临界接触点为分割点,研究了一个激励信号周期内动子的速度变化趋势,建立了稳态下动子的速度模型和位移模型。基于所建模型,借助仿真手段研究了动、定子装配间距与动子速度之间的关系。结果表明,在保证电机正常工作的前提下,动子运动速度与动、定子间装配间距近似线性关系。

关键词：直线超声电机运动特性装配间距速度模型位移模型

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直线超声电机定/动子接触的微观力学模型

振动与冲击 2012年第20期31卷 90-93页

作者：周胜利姚志远南京航空航天大学机械结构力学与控制国家重点实验室南京210016

以直线超声电机定/动子接触的微观力学特性为研究对象,首先通过实验测试了定/动子接触表面的粗糙度和统计参数,并基于概率统计方法得到定子接触表面各点高度的概率分布函数,再通过伪随机数模拟的方法给出接触表面的模拟模型;然后利用赫... 详细信息

以直线超声电机定/动子接触的微观力学特性为研究对象,首先通过实验测试了定/动子接触表面的粗糙度和统计参数,并基于概率统计方法得到定子接触表面各点高度的概率分布函数,再通过伪随机数模拟的方法给出接触表面的模拟模型;然后利用赫兹微观接触模型,建立定/动子接触的微观力学模型;最后得到定/动子的预压力、接触变形量和实际接触面积之间的关系。研究有助于建立直线超声电机的整体动力学模型和分析其摩擦摩损特性。

关键词：直线超声电机接触粗糙度微观力学模型