超聲波電機(Ultrasonic Motor)是近二十年來發(fā)展起來的一種新原理電機,其原理不同于傳統(tǒng)的電磁型電機,它是利用壓電陶瓷的逆壓電效應激發(fā)超聲振動,借助彈性體諧振放大,通過摩擦耦合產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)運動或直線運動.其顯著特點是低轉(zhuǎn)速、大力矩、可用于直接驅(qū)動、結(jié)構(gòu)簡單、電磁兼容性好并具有斷電自鎖等功能,在某些特殊領域內(nèi)已取得了一席之地.超聲波電機形式多樣,其中縱扭復合型超聲波電機的輸出力矩最高能達到行波型超聲波電機的十幾倍,且控制性能更好,因此縱扭復合型超聲波電機的研究可以便超聲波電機的應用得到進一步的拓展.前幾年,輸出力矩大于1Nm的超聲波電機研究主要集中在日本幾家研究機構(gòu),國內(nèi)對于大力矩高精度電機的研究幾乎是空白.近幾年,國內(nèi)紛紛對具有大力矩輸出特性的縱扭復合型超聲波電機展開了研究,浙江大學、南京航天航空大學、清華大學等.該文以具有大力矩輸出的縱扭復合型超聲波電機作為研究對象,對其摩擦驅(qū)動模型、振動模態(tài)、摩擦材料的選擇、電機結(jié)構(gòu)設計及優(yōu)化和測控系統(tǒng)等進行了系統(tǒng)全面的研究,并在此基礎上研制了兩套樣機,每套樣機的最大力矩在10Nm以上,且定位精度達到0.025度,形成了大力矩高精度縱扭復合型超聲波電機的理論和實驗基礎.
上傳時間： 2013-05-21
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該文主要研究超聲波電機的傳動機理、數(shù)學模型、結(jié)構(gòu)設計、驅(qū)動系統(tǒng)和精密伺服系統(tǒng)的理論和實踐,為超聲波電機的進一步研究和產(chǎn)業(yè)化奠定基礎.該文主要內(nèi)容和研究成果如下:系統(tǒng)地總結(jié)了國內(nèi)外超聲波電機的研究歷史、發(fā)展現(xiàn)狀和主要應用,研究了超聲波電機的運行機理.研制了超聲波電機專用、高抗干擾能力,高可靠性、兩相正交、正弦超聲波驅(qū)動電源,分別探討了使用串聯(lián)電感和并聯(lián)電感實施負載阻抗匹配時,電機性能所受到的影響.研制了利用電機定子上壓電陶瓷的孤極反饋來進行頻率調(diào)整的新型頻率跟蹤控制器,實現(xiàn)了超聲波電機速度的穩(wěn)定性控制. 實現(xiàn)了超聲波電機高精度位置檢測,研制了基于DSP的超聲波電機精密伺服控制系統(tǒng),完成了采用驅(qū)動頻率/相位的P、PI和自適應控制方案進行精密定位控制的理論探討和實驗研究,井進行了模糊控制的理論探討.在理論研究的基礎上,成功地研制了環(huán)形超聲波電機及其精密定位控制系統(tǒng).單元電機最大轉(zhuǎn)矩1N. m,控制精度2.16′.
上傳時間： 2013-07-15
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本文對超聲波電機驅(qū)動控制系統(tǒng)進行了研究。全文主要內(nèi)容如下：系統(tǒng)介紹了超聲波電機的特點、研究歷史和主要應用，概述了超聲波電機驅(qū)動控制技術的研究現(xiàn)狀。在介紹壓電陶瓷逆壓電效應與壓電振子諧振特性的基礎上，闡述了超聲波電機的運行機理及調(diào)速原理。介紹了環(huán)狀行波型超聲波電機的基本結(jié)構(gòu)及工作原理。研制了基于DSP的超聲波電機驅(qū)動控制系統(tǒng)，為超聲波電機控制技術的研究提供了一個通用實驗平臺。通過光電編碼器檢測超聲波電機的速度，研制了利用速度反饋來進行頻率調(diào)整的頻率跟蹤控制器，實現(xiàn)了采用頻率P調(diào)節(jié)的超聲波電機速度穩(wěn)定性控制。實現(xiàn)了大外徑(80mm)環(huán)狀行波型超聲波電機的高精度位置檢測。研制了基于DSP的超聲波電機位置控制系統(tǒng)，完成了采用相位差P控制方案進行精密定位控制的實驗研究。
上傳時間： 2013-05-21
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直線電動機直接驅(qū)動運動設備，省略了機械轉(zhuǎn)換機構(gòu)，完全消除機械傳動元件的速度和加速度的物理極限，具有長行程、低慣量、高精度、快響應和高速度等特征，是先進加工中心的標志。90年代中期以后，直線驅(qū)動技術在超精密定位領域中得到了廣泛的應用，吸引了越來越多的研究機構(gòu)和人員投入到這一領域中來。 永磁直線同步電機與普通的直線異步電機相比，具有效率高、輸出力矩大、體積小、易于控制等優(yōu)點，極大地提高了進給系統(tǒng)的快速響應性和運動精度，成為新一代超精密機床中最具有代表的技術。永磁直線同步電機伺服控制系統(tǒng)將是當前和今后直線電機發(fā)展應用的一個方向。 本文以直線電機理論為依據(jù)，以現(xiàn)有的實驗設備及新的實驗方法為基礎，設計了永磁直線同步電動機控制系統(tǒng)，分析了永磁直線同步電機控制系統(tǒng)中存在的難點，并對直線電動機控制系統(tǒng)的控制性能進行了初步的實驗研究。 首先，介紹了永磁直線同步電機的結(jié)構(gòu)、工作原理、相關控制策略，對直線電機控制難點進行了探討。在此基礎上，設計了永磁直線同步電機的控制系統(tǒng)的總體方案。 然后針對永磁直線同步電機控制系統(tǒng)的主要難點，分為位置檢測技術，硬件系統(tǒng)設計和軟件系統(tǒng)設計三個方面對控制系統(tǒng)進行分析。根據(jù)永磁直線同步電機的特點，提出一種簡易的初始位置檢測方法，并設計了檢測電路。該方法基于線性霍爾元件，基本上不增加控制系統(tǒng)成本，安裝簡便，效果良好。在普通的三相逆變電路的直流側(cè)添加DC/DC電力電子電路。這樣的做的好處是根據(jù)系統(tǒng)需求輸出直流電壓，減少諧波。由于傳統(tǒng)的基于前后臺工作機制的電機控制軟件存在響應不及時、不穩(wěn)定等弊病，提出了基于嵌入式實時操作系統(tǒng)機制上編寫電機控制軟件。 最后基于樣機和控制器做了相應試驗，分析了試驗結(jié)果，并提出了存在的問題和下一步的工作展望。
上傳時間： 2013-06-20
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長期以來，小電流接地系統(tǒng)單相接地的故障選線和定位問題一直沒能很好的解決，由于系統(tǒng)故障信號微弱，易受到各種干擾的影響，同時故障條件、運行方式的可變性，使得信號特征也不一樣，因此已經(jīng)提出并在實踐中取得應用的一些方法都存在著一定的缺陷，無法適應多變的故障情況。本文在了解國內(nèi)外配電網(wǎng)故障選線研究工作的基礎上，對各種選線方法進行了歸納總結(jié)，并對存在的問題實質(zhì)進行了深入分析。本文采用小波變換分析了單相接地故障時系統(tǒng)暫態(tài)電流分量的分布特征，討論了通過數(shù)據(jù)融合技術把多種選線方法融合，從而為小電流接地系統(tǒng)單相接地故障選線提供了一條新的路徑。
上傳時間： 2013-07-01
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超聲波電機是上個世紀八十年代逐步發(fā)展起來的新型微電機。它利用壓電陶瓷逆壓電效應激發(fā)的超聲振動作為驅(qū)動力，通過定轉(zhuǎn)子間的摩擦力來驅(qū)動轉(zhuǎn)子運動。與傳統(tǒng)的電磁馬達相比，它具有低速大轉(zhuǎn)矩、無電磁干擾、動作相應快、運行無噪聲、無輸入時能自鎖等卓越特性，在非連續(xù)運動領域、精密控制領域要比傳統(tǒng)的電磁電機性能優(yōu)越得多。目前，旋轉(zhuǎn)型超聲波電機，尤其是環(huán)形行波型超聲波電機，在工業(yè)、辦公、過程自動化等領域的伺服系統(tǒng)中作為直接驅(qū)動執(zhí)行器得到廣泛的關注。 本論文主要研究并設計了用于超聲波電機控制驅(qū)動的小型控制系統(tǒng)。其目的是針對市場需要，提供給用戶一種價格較低、體積小、性能指標適中，操作簡便，能夠?qū)崿F(xiàn)快速定位，速度可調(diào)節(jié)的標準的閉環(huán)控制器。 控制器的核心為MSP430F167。課題對外圍檢測、控制、驅(qū)動電路進行相關的研究和設計，并按照控制器的需求設計相應的軟件。最后給出實驗結(jié)果：系統(tǒng)運行穩(wěn)定，速度曲線較為理想，達到了最初的設計要求。 系統(tǒng)總結(jié)了超聲波電機的發(fā)展、特點、分類，通過與傳統(tǒng)電磁電機的對比給出了超聲波電機的廣闊的應用前景。在此基礎上，指出了超聲波電機研究的發(fā)展方向，明確了本文的研究內(nèi)容。 總結(jié)了環(huán)形行波型超聲波電機的結(jié)構(gòu)特點、運行機理，并在此基礎上總結(jié)了環(huán)形行波型超聲波電機調(diào)頻、調(diào)相、調(diào)幅等控制方法以及推挽、半橋和全橋驅(qū)動逆變電路的優(yōu)缺點。 本課題設計了基于超聲波電機的控制驅(qū)動系統(tǒng)電路。首先，提出了本次設計的設計思想及目的；其次，介紹了本設計的控制器硬件電路具體設計過程以及調(diào)頻調(diào)速的實現(xiàn)方式。然后，詳細介紹了該控制系統(tǒng)的軟件構(gòu)成，包括上位機軟件、下位機軟件以及通訊部分。詳細闡述了在本控制系統(tǒng)中的調(diào)速、定位原理。最后通過實驗結(jié)果說明了該小型控制系統(tǒng)的有效性。
上傳時間： 2013-07-18
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玻璃磨邊機這項技術國外在上世紀九十年代末期發(fā)展起來；但設備價格比較昂貴。而國產(chǎn)機尚處于起步階段。根據(jù)玻璃深加工企業(yè)的實際需要，本課題設計和完成了這種高精度的玻璃磨邊設備。 本文主要研究了步進電機、變頻器、光電編碼器、可編程控制器和由它們組成的控制系統(tǒng)在玻璃直線磨邊機上的應用。介紹了步進電機、變頻器、光電編碼器和可編程控制器的功能、特點。通過PLC、步進電機、變頻器、編碼器組成的控制系統(tǒng)來對玻璃加工進行控制。該系統(tǒng)在控制精度上基本達到了生產(chǎn)的需要。這里采用該系統(tǒng)來代替伺服系統(tǒng)，不僅降低了成本而且也滿足了企業(yè)的要求。文中還設計了PLC程序來對其進行控制，而且進行現(xiàn)場調(diào)試，達到了預期的目標。其間，還采取一些辦法解決了一些干擾問題，也掌握了實際選型的有關知識。本文還介紹了人機界面的主要設計參數(shù)。 本文對玻璃直線雙邊磨邊機電氣控制系統(tǒng)的總體設計方案進行了綜合性論述對控制系統(tǒng)進行了功能分析，闡述了系統(tǒng)的性能要求；根據(jù)控制系統(tǒng)的性能要求，提出了系統(tǒng)的總體設計方案。為了實現(xiàn)設計方案，本文對位置控制的方法進行分析和研究，給出了玻璃直線雙邊磨邊機電氣控制系統(tǒng)的具體實現(xiàn)方案；對變頻器和光電編碼器的原理進行了分析，給出了變頻器與光電編碼器的選型方法。玻璃直線雙邊磨邊機的夾持梁升降系統(tǒng)采用開環(huán)控制；工作臺開合控制系統(tǒng)采用變頻調(diào)速閉環(huán)控制，光電編碼器測量開合位置，反饋給PLC，對開合系統(tǒng)進行慢速開合，以提高定位精度，降低了開發(fā)成本。 本文還對采用可編程控制器作為下位機現(xiàn)場控制進行了軟硬件設計。詳細介紹了PLC的軟件設計，包括主程序，初始化程序，開合機構(gòu)控制系統(tǒng)程序，夾持梁升降控制系統(tǒng)程序，玻璃傳送控制系統(tǒng)程序及上位機與下位機的通信處理方法。
上傳時間： 2013-06-04
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電動油泵在國外高中檔汽車中已有廣泛應用，在國內(nèi)，一些國產(chǎn)汽車也開始使用電動燃油泵，目前油泵電機普遍采用有刷直流電機，從而帶來壽命短、可靠性低、EMC性能差等不利影響。本論文基于實際需要，采用Magneforce/BIDC軟件，設計了一臺無刷直流電機油泵電機代替原有有刷直流電機，以期改善原有電動油泵的運行性能，提高可靠性，延長使用壽命。文中給出了兩種滿足性能指標的方案，并對它們的工作特性及額定運行性能作了比較。并就其中一種方案(四極六槽結(jié)構(gòu))研究了磁鋼極弧寬度、超前導通角對電機性能的影響，以及一系列設計參數(shù)對定位轉(zhuǎn)矩的影響。之后，論文采用了ANSOFT/MAXWELL軟件對樣機進行了磁場分析，得出了樣機在一個電周期內(nèi)空載和負載時的磁場分布規(guī)律。另外論文采用了ANSYS軟件，分析了樣機的溫度場分布。 為了進一步分析無刷直流油泵電機的可靠性，論文建立了帶霍爾位置傳感器的無刷直流電機的Simulink仿真模型，并利用該仿真模型對無刷直流電機所可能發(fā)生的故障進行了仿真研究。仿真了無刷直流電機常見的包括電機本體、逆變器及位置傳感器在內(nèi)的三類故障運行情況，在理論上對各個故障仿真結(jié)果進行了詳細分析，并在樣機上實驗驗證了仿真結(jié)果，這對進一步提高無刷直流電機的故障診斷水平及提高電機的可靠性具有重要的指導意義。 論文還根據(jù)樣機的性能參數(shù)及實際應用的需要，研制了一臺基于ML4425的無刷直流電機無位置傳感器控制器。實驗證明，該無位置傳感器控制無刷直流油泵電機可以取代原有的有刷電機，滿足實際應用的需要。
上傳時間： 2013-05-29
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本文系統(tǒng)地論述了應用單片機開發(fā)步進電動機二維運動控制器的方法。該二維運動控制器的樣品已經(jīng)研制出來，經(jīng)過實際運行測試，達到了設計要求，既能實現(xiàn)兩軸獨立運動控制，又能靈活方便地進行聯(lián)動控制。由于控制軟件對步進電動機采用了適當?shù)淖詣诱{(diào)速方案，使得電機在運動過程中沒有失步現(xiàn)象，運行平穩(wěn)，定位精度高，重復定位性好。 本文所完成的主要工作有：(1)步進電動機驅(qū)動電路的研究。(2)系統(tǒng)控制方案設計。(3)硬件系統(tǒng)設計。單片機的選擇、串行通信等電路設計。(4)軟件系統(tǒng)設計。該控制器重點在于步進電動機的驅(qū)動電路硬件與控制軟件的設計，以及上下位機串口通信的實現(xiàn)。本設計的控制環(huán)節(jié)由AT89S52單片機和環(huán)形分配器PMM8713構(gòu)成，單片機采用RS-485標準的串口通信與上位機進行通信，利用PMM8713產(chǎn)生步進電動機運行和正反轉(zhuǎn)的控制信號。驅(qū)動環(huán)節(jié)采用UC3842實現(xiàn)恒流驅(qū)動，給出特定的脈沖驅(qū)動信號，驅(qū)動功率管進行開通和關斷，使步進電動機按照規(guī)定的軌跡和速度運行。軟件部分由上位機軟件和下位機軟件共同組成。上位機軟件用Visual Basic編制，界面友好，下位機軟件用單片機匯編語言編制。上位機輸入的指令經(jīng)編譯生成相應的目標代碼并通過計算機串口發(fā)送到下位機中。下位機的功能：一是接收來自上位機的數(shù)據(jù)和命令；二是根據(jù)上位機發(fā)送的命令執(zhí)行相應的動作；三是向上位機發(fā)送有關提示信息。 該控制系統(tǒng)在設計方面具有如下特點： 1.采用內(nèi)部時鐘方式產(chǎn)生步進電動機的驅(qū)動脈沖，而沒有采用高速脈沖發(fā)生器等外部方式，用軟件來實現(xiàn)，從而降低硬件成本。 2.硬件設計方面，盡可能地選擇了標準化、模塊化的電路，從而提高了設計的成功率和結(jié)構(gòu)的靈活性。 3.盡可能選用了功能強、集成度高、通用性好、市場貨源充足的電路或芯片。 控制器硬件結(jié)構(gòu)簡單，成本低廉，控制可靠，功能強大，使用方便，因而具有十分廣闊的應用前景。
上傳時間： 2013-05-16
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超聲波電機(Ultrasonic Motor簡稱USM)是八十年代發(fā)展起來的新型微電機。本文針對超聲波電機及其控制技術的研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢,以我國研究技術相對比較成熟并有產(chǎn)業(yè)化前景的行波超聲波電機(Traveling-wave Ultrasonic Motor簡稱TUSM)的伺服控制技術為研究對象,以直徑60mm的行波超聲波電機TUSM60為研究實例,在特性測試、動穩(wěn)態(tài)性能分析,辨識模型建立、控制策略與控制算法的選擇與實現(xiàn)等方面展開研究。本論具體的研究內(nèi)容為： 在分析超聲波電機研究歷史和現(xiàn)狀的基礎上,結(jié)合國內(nèi)外超聲波電機特別是行波超聲波電機控制技術的發(fā)展趨勢,重點論述了行波超聲波電機及其驅(qū)動控制技術的研究進展。 介紹行波超聲波電機的基本結(jié)構(gòu),并從該電機的主要理論基礎--壓電原理、行波合成、接觸模型出發(fā),分析了行波超聲波電機定子質(zhì)點的運動方程.并結(jié)合定轉(zhuǎn)子摩擦接觸特點,分析了行波超聲波電機的運行機理。 根據(jù)對行波超聲波電機測試和高精度控制的要求,研制出基于雙DSP和FPGA的超聲波電機高性能測試控制平臺。其中控制核心采用了雙DSP結(jié)構(gòu),可以在對行波超聲波電機進行控制的同時,將必要的參數(shù)讀取出來進行分析和研究。為行波超聲波電機瞬態(tài)特性分析以及控制策略、控制算法的深入研究打下了基礎。 對電機的瞬態(tài)、穩(wěn)態(tài)特性進行的測試,可以分析驅(qū)動頻率、電壓以及相位差等調(diào)節(jié)量對電機輸出的影響。在此基礎上進一步對行波超聲波電機的調(diào)節(jié)方式、控制算法選擇方面進行分析,并得到相應結(jié)論。 通過對實驗數(shù)據(jù)的總結(jié)和歸納,利用系統(tǒng)辨識中的非參數(shù)方法,建立在特定頻率條件下的近似線性模型。在行波超聲波電機工作范圍內(nèi),辨識若干組不同頻率條件下的近似線性模型,將這些模型的參數(shù)進行二維或三維擬合,可以得到一個關于行波超聲波電機傳遞函數(shù)的模型。辨識模型的建立為合理的選擇和優(yōu)化控制參數(shù),控制效果的驗證等提供了行之有效的手段。 在對行波超聲波電機的速度控制、位置控制展開的研究中.首先利用遺傳算法對常規(guī)PI恒轉(zhuǎn)速控制的控制參數(shù)整定及修正方法進行了研究；利用神經(jīng)元的在線自學習能力,研究和設計單神經(jīng)元PID-PI轉(zhuǎn)速控制器,提高控制系統(tǒng)對電機非線性和時變性的適應能力；為了消除在伺服控制中,單一調(diào)節(jié)量(驅(qū)動頻率)情況下,低轉(zhuǎn)速的跳躍問題,研究和討論了多調(diào)節(jié)量分段控制方法,并利用模糊控制對控制方法的有效性進行了驗證；在位置控制中,利用轉(zhuǎn)速控制研究的結(jié)果,研究和設計了位置--速度雙環(huán)(串級)控制器,實現(xiàn)了電機高精度位置伺服控制。 通過對已有控制系統(tǒng)的改進和簡化,設計和研制了具有實用化價值行波超聲波電機控制器：并將研究成果應用于針對核磁成像設備而設計的行波超聲波電機隨動控制系統(tǒng)中,同時嘗試了將該控制器用于高精度X-Y兩維定位平臺。
上傳時間： 2013-07-13
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