收藏本站
《上海交通大学》 2010年
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

矩形板超声电机的振子振型激励技术研究

李存岑  
【摘要】:与传统的电磁电机不同,超声电机是基于摩擦驱动原理的一类新型电机。超声电机利用弹性压电振子的共振,通过摩擦耦合驱动与其接触的动子运动。该类电机具有低速大转矩、功率体积比高、结构紧凑、定位精度高、不受电磁干扰、断电自锁等优点,可以满足直接驱动领域、精密驱动领域和无磁驱动领域对驱动器的微型化、精密化和智能化的要求。 为了成功地设计出超声电机,并使超声电机输出较好的工作性能,必须研究超声电机的振子振型激励技术。在预压力和负载一定的情况下,振子对动子做功大小,取决于振子表面接触点的运动轨迹。而振子表面接触点的运动轨迹,是振子在所有工作模态下振动的综合作用。因此如何有效地激励出振子的工作模态,并使各个工作模态成功耦合是超声电机设计的核心工作,也是提升超声电机输出性能的关键。 对于特定尺寸的压电振子来说,振子表面质点的运动轨迹主要受振子工作模态的类型、工作模态的耦合方式、激励信号的电压、频率及其施加位置等因素的影响。本文主要围绕着如何有效地激励出超声电机的工作模态、并使各模态之间成功耦合,从三个方面研究矩形板超声电机的振子振型激励技术,这三个方面为:(a)振子的工作模态耦合方式(b)振子各工作模态的频率一致性调节方法(c)激励信号的施加位置确定方法。 本文的主要工作如下: 1.提出并实现了一种矩形板超声电机的双频模态叠加激励方法,得出了两个不同频率的模态可以叠加在一起的条件。采用这种激励方式时,在振子上同时激励出两个不同频率的弯曲振动模态。振子表面接触点在振子和动子接触面的切向和法向的振动分别是由两个振动模态的分量叠加而成,因此可以获得较大的振动强度,振子可以对动子做更多的功。通过对压电振子表面的银电极进行分区,选择不同的分区来分别激励各个模态,可以使每个模态都能同时获得较大的振动幅值。根据理论分析,成功地制作了采用双频模态叠加激励的矩形板超声电机,并测量了该电机的输出特性,证明了该激励方法的有效性。 2.提出了一种基于遗传算法、神经网络和有限元算法的超声电机工作模态频率一致性的自动调节方法。该调节方法将压电陶瓷和金属基体组成的复合压电振子作为研究对象,用有限元方法建立了复合压电振子的机电耦合动力学模型,更准确地描述了压电振子的机电耦合现象。采用BP神经网络对ANSYS输出结果中的目标模态进行识别,减少了人工干预,可以实现矩形板超声电机纵、弯模态频率一致性的自动调节,能大大加快求解过程,提高求解精度。计算结果显示,采用该调节方法,可以使矩形板超声电机的纵、弯模态的频率差计算值减小至1.146Hz。 3.提出了一种将人工免疫算法和有限元算法相结合的确定矩形板超声电机振子的最佳激励区域的方法。该方法将快速、高效的人工免疫算法应用到超声电机的设计中,可大幅节约计算时间。该方法将振子对动子做的功作为解的评价标准,而不是只考虑振子在某个方向的位移作为目标函数,使计算结果更能接近超声电机的实际工作情况。计算结果表明,使用该方法确定超声电机的最佳激励位置及最佳激励电极面积,算法可以快速地收敛到全局最优解。对两个振子,包括五种激励情况下的无负载转速进行实验对比。实验结果显示,使用计算的最佳激励区域,超声电机具有最大的输出转速,与计算的结果相一致,证明了目标函数的有效性。表明采用人工免疫算法和有限元算法相结合,可快速、有效的用于同时寻找超声电机的最佳激励位置及激励电极面积。
【学位授予单位】:上海交通大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2010
【分类号】:TM359.9

手机知网App
【参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 郑亮亮;黄卫清;赵淳生;;超声电机驱动的目标视觉跟踪系统设计与实现[J];传感器与微系统;2007年12期
2 段志杰;李千;吴华德;杨颖;;超声电机用压电材料的研究进展[J];材料导报;2008年06期
3 徐志科;胡敏强;金龙;;行波超声波电机的动力学模型仿真[J];东南大学学报(自然科学版);2008年06期
4 周铁英;;发展中的超声马达[J];工科物理;1992年04期
5 程凯,李朝东;棒型直线超声电机最佳激励位置的确定[J];机电工程;2001年06期
6 田绪红;江敏杰;;GPU加速的神经网络BP算法[J];计算机应用研究;2009年05期
7 许海;;双足型直线超声电机的原理分析及结构设计[J];机械设计与制造;2007年05期
8 王惠文,李朝东;ANSYS在超声电机设计中的应用[J];机械工程师;2003年12期
9 郭语;孙志峻;黄卫清;;超声电机驱动五指灵巧手的设计与仿真[J];机械科学与技术;2007年10期
10 ;A cylindrical rod ultrasonic motor with 1 mm diameter and its application in endo-scopic OCT[J];Chinese Science Bulletin;2005年08期
中国重要会议论文全文数据库 前3条
1 李朝东;;三角形低矮式微型直线超声电机[A];第十二届中国小电机技术研讨会论文集[C];2007年
2 田秀;曲建俊;孙凤艳;;用于超声电机的聚四氟乙烯/聚苯酯复合摩擦材料[A];第十三届中国小电机技术研讨会论文集[C];2008年
3 周铁英;陈宇;;超声电机的发展与展望[A];中国声学学会功率超声分会2007年学术年会论文集[C];2007年
中国硕士学位论文全文数据库 前2条
1 余作霸;微型行波型超声波电机的研制[D];浙江大学;2006年
2 尤向阳;超声波电机驱动控制装置的建模与仿真[D];河南科技大学;2008年
【共引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 吕红明;余卓平;李鹏飞;张英;;声频法测定材料弹性模量的研究[J];工程塑料应用;2010年10期
2 陶奇;廖海黎;李明水;刘明;;苏通长江公路大桥最大单悬臂施工状态结构模态参数识别[J];四川建筑科学研究;2009年05期
3 马友平;;生长模型McDill-Amateis的遗传算法拟合研究[J];安徽农业科学;2007年33期
4 吴金华;戴淼;尹剑;;基于遗传神经网络的陕西省土地利用结构模型研究[J];安徽农业科学;2008年36期
5 秦鹏;夏枫耿;明飞平;吴振强;;基于遗传算法优化BP神经网络的小球藻生长模型的建立与应用[J];安徽农业科学;2011年10期
6 曹素兵;朱婵;;RNA二级结构遗传预测算法中的选择操作研究[J];安徽农业科学;2011年14期
7 郭强;罗长寿;魏清凤;;基于遗传算法神经网络模型的蔬菜价格预报[J];安徽农业科学;2011年26期
8 夏美娟;梁雪春;;基于LM-BP网络的南水北调东线源头水质综合评价[J];安徽农业科学;2011年32期
9 蒋宇;谢国秋;杨咸启;;MATLAB在《机械故障诊断》教学中的应用研究[J];安庆师范学院学报(自然科学版);2010年03期
10 刘新田;郭敬杰;;基于人工神经网络的AZ31镁合金流变应力预测[J];安阳工学院学报;2007年04期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 齐文文;赵斌;龙连春;;基于遗传算法的加筋圆柱壳屈曲承载力优化[A];北京力学会第18届学术年会论文集[C];2012年
2 王亚慧;程培新;赵亚丹;张桐;;针对时滞系统的RBF神经网络滑模控制策略[A];第二十七届中国控制会议论文集[C];2008年
3 赵新龙;谭永红;;基于迟滞算子的压电执行器迟滞非线性的神经网络动态模型[A];第二十九届中国控制会议论文集[C];2010年
4 刘涵;高俊涛;;并联式混合动力汽车控制策略及遗传算法优化研究[A];中国自动化学会控制理论专业委员会B卷[C];2011年
5 粟晓玲;史银军;;基于水资源转化模拟的内陆河流域水资源优化配置研究[A];全国水资源合理配置与优化调度及水环境污染防治技术专刊[C];2011年
6 张远安;张春荣;强勇;;基于相位编码信号的MIMO雷达正交波形设计的研究[A];2011年通信与信息技术新进展——第八届中国通信学会学术年会论文集[C];2011年
7 王伟珍;刘春红;张漫;李民赞;刘刚;;基于BP神经网络的温室番茄光合作用速率预测模型研究[A];中国农业工程学会2011年学术年会论文集[C];2011年
8 应怀樵;闻邦椿;;太赫兹频率振动与原子核共振、颤振现象利用及可控核聚变的探讨[A];现代振动与噪声技术(第九卷)[C];2011年
9 左言言;严才宝;;一种新的GA优化四自由度主动悬架控制[A];第十届全国振动理论及应用学术会议论文集(2011)上册[C];2011年
10 李琪;柳广;;轴向和径向载荷对圆柱壳固有频率的影响[A];第十届全国振动理论及应用学术会议论文集(2011)下册[C];2011年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 陆满君;通信辐射源个体识别与参数估计[D];哈尔滨工程大学;2010年
2 刘营;雷达图像编码器的并行处理研究与实现[D];哈尔滨工程大学;2009年
3 许爱德;开关磁阻电机在船舶电力推进中的应用研究[D];大连海事大学;2010年
4 包兴先;基于模型定阶和信号消噪的海洋平台结构模态参数识别研究[D];中国海洋大学;2010年
5 查云飞;类菱形车转向系统研究与分析[D];湖南大学;2010年
6 杜娟;高精度电子组装设备中智能材料驱动器的建模与控制研究[D];华南理工大学;2010年
7 包健;有限精度权值神经网络优化的研究与应用[D];华东理工大学;2011年
8 罗彬;基于MMOI方法的电信客户流失预测与挽留研究[D];电子科技大学;2010年
9 杨承;日盲型紫外探测和直升机着舰光电助降技术的研究[D];电子科技大学;2010年
10 凌张伟;基于临界折射纵波和表面波的压力容器压力测量方法研究[D];浙江大学;2010年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 刘辉;基于电子鼻的鱼粉新鲜度快速检测方法研究[D];华中农业大学;2010年
2 张斌;压电双晶片型微位移放大机构研究[D];河南理工大学;2010年
3 万成;动态环境下的元胞遗传算法研究[D];南昌航空大学;2010年
4 张可平;CO_2焊逆变电源的自适应模糊控制系统研究[D];南昌航空大学;2010年
5 李坤;参数参与进化的自适应遗传算法研究[D];南昌航空大学;2010年
6 李锦;基于声波的运动车辆行驶状态辨识理论研究[D];南昌航空大学;2010年
7 李旭东;煤矿通防安全信息集成与控制预警系统平台研究[D];山东科技大学;2010年
8 张鸿堃;矿山企业生产成本模块化管理与应用[D];山东科技大学;2010年
9 李洪琴;基于振动模态分析和BP网络的桥梁损伤识别研究[D];山东科技大学;2010年
10 纪二云;基于改进遗传算法的电力系统无功优化的研究[D];山东科技大学;2010年
【二级参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 郑伟智,辛洪兵;压电马达的发展及其技术特点[J];北京工商大学学报(自然科学版);2003年01期
2 郭吉丰,傅平;多自由度球形超声波电机的研究进展[J];电工电能新技术;2005年02期
3 郭海训,郭吉丰,魏燕定,陈永校;大力矩纵扭复合型超声波电机的理论及实验研究[J];电工技术学报;2002年02期
4 徐志科,胡敏强,金龙,莫岳平;超声波电动机定子支撑对其性能影响的有限元分析[J];电工技术学报;2004年02期
5 夏长亮,祁温雅,杨荣,史婷娜;基于混合递阶遗传算法和RBF神经网络的超声波电动机自适应速度控制[J];电工技术学报;2004年09期
6 刘锦波,陈永校,胡继宗;超声波电机的数学模型及其实验研究[J];电工技术学报;1999年03期
7 刘锦波,陈永校;行波型超声波电机的特性计算与驱动系统的设计[J];电机与控制学报;1998年04期
8 胡敏强,莫岳平,金龙,顾菊平;系列超声波电机的研制及其应用[J];东南大学学报(自然科学版);2002年03期
9 金龙,胡敏强,顾菊平,莫岳平,徐志科,王心坚;一种新型圆柱定子3自由度球形压电超声电机[J];东南大学学报(自然科学版);2002年04期
10 赵淳生;超声电机技术的发展、应用和未来[J];电气时代;2001年03期
中国硕士学位论文全文数据库 前5条
1 张新良;非线性系统神经网络辨识与控制的研究[D];南京航空航天大学;2004年
2 杨建红;超声波电机及其控制系统的设计与研究[D];华侨大学;2004年
3 赵先锋;专用超声波电机驱动电路研究[D];中国工程物理研究院;2005年
4 杨正平;基于GPU计算的直接体视化和遗传算法研究[D];中国地质大学;2005年
5 施一峰;超声波电机仿真及其测试系统[D];东南大学;2005年
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 程昱,徐文立,钟宜生,雷伏容;基于参考模型的超声电机模糊自适应控制[J];压电与声光;2003年03期
2 刘辛国,周铁英,陈宇;超声电机在内镜驱动及控制技术方面的应用研究[J];中国医学影像技术;2003年11期
3 杨淇,杨明,阙沛文;大力矩超声电机[J];应用声学;2001年03期
4 陈志华,赵淳生;超声电机控制中的若干关键问题[J];微特电机;2002年06期
5 张武,袁镇;探讨超声电机用压电陶瓷[J];现代电子技术;2004年14期
6 马相林,黄卫清,赵淳生;一种新型杆式行波型超声电机的研究[J];机械科学与技术;2004年09期
7 张正文;;新型超声电机问世[J];机械科学与技术;1996年01期
8 赵淳生;21世纪超声电机技术展望[J];振动.测试与诊断;2000年01期
9 刘俊标,黄卫清,赵淳生;多自由度球形超声电机的发展和应用[J];振动、测试与诊断;2001年02期
10 朱华,陈志华,黄卫清,赵淳生;行波型超声电机速度测控系统的研究[J];压电与声光;2003年03期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 刘军考;刘英想;杨小辉;;弯振复合型超声电机的研究[A];2011年机械电子学学术会议论文集[C];2011年
2 赵淳生;;超声电机技术的发展、应用及其未来[A];西部大开发 科教先行与可持续发展——中国科协2000年学术年会文集[C];2000年
3 李小云;张小凤;郝君宇;宋智广;周方;;多自由度超声电机的法兰盘结构设计[A];第二届西安-上海两地声学学术会议论文集[C];2011年
4 李小云;张小凤;宋智广;郝君宇;周方;;多自由度超声电机纵向振动频率计算[A];中国声学学会第九届青年学术会议论文集[C];2011年
5 杨小辉;刘英想;陈维山;刘军考;;弯振复合型超声电机激励方式研究[A];第十届全国振动理论及应用学术会议论文集(2011)下册[C];2011年
6 李志荣;黄卫青;;圆柱形三自由度超声电机输出性能的仿真设计[A];苏州市自然科学优秀学术论文汇编(2008-2009)[C];2010年
7 尹育聪;贺奔;杨淋;赵淳生;;组合结构超声电机在真空高低温复合环境下的研究[A];第十届全国振动理论及应用学术会议论文集(2011)下册[C];2011年
8 陈维山;刘英想;杨小辉;刘军考;;纵振换能器式圆筒型超声电机振动特性的研究[A];第十届全国振动理论及应用学术会议论文集(2011)下册[C];2011年
9 刘军考;石胜君;陈维山;未倩倩;;内嵌压电陶瓷径向弯曲模态超声电机的研究[A];2011年机械电子学学术会议论文集[C];2011年
10 周铁英;陈宇;;超声电机的发展与展望[A];中国声学学会功率超声分会2007年学术年会论文集[C];2007年
中国重要报纸全文数据库 前10条
1 记者 毛庆 通讯员 蔡嘉 刘军;南航教授开发高科技“超声电机”[N];南京日报;2009年
2 王 景;让中国超声电机技术走向世界[N];大众科技报;2005年
3 于媚 顾德宁;南航赵淳生教授发明“米粒马达”[N];大众科技报;2005年
4 本报通讯员 于媚;平生一愿:以自主创新铸民族腾飞之魂[N];科技日报;2005年
5 于媚;以自主创新铸民族腾飞之魂[N];大众科技报;2005年
6 本报记者 匡玉通讯员 文星;三星耀岳[N];湖南日报;2007年
7 王新;从放牛娃到中国科学院院士[N];中国航空报;2006年
8 ;创联:努力实现三个转变[N];中国电子报;2007年
9 记者 毛庆 通讯员 蔡嘉 刘军;南京首家“企业院士工作站”挂牌[N];南京日报;2009年
10 通讯员 龙步青 刘玉洪 孟凡星;“微笑曲线”助赣榆融冰破浪[N];连云港日报;2009年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 李存岑;矩形板超声电机的振子振型激励技术研究[D];上海交通大学;2010年
2 杨淋;纵扭复合型超声电机的研究[D];南京航空航天大学;2010年
3 赵学涛;纵弯复合振动模态球型超声电机的研究[D];哈尔滨工业大学;2007年
4 于明礼;基于超声电机作动器的二维翼段颤振主动抑制[D];南京航空航天大学;2006年
5 时运来;新型直线超声电机的研究及其在运动平台中的应用[D];南京航空航天大学;2012年
6 邢继春;旋转惯性压电电机研究[D];燕山大学;2012年
7 李怀勇;新型杆式压电电机研究[D];燕山大学;2013年
8 田秀;真空低温下超声马达性能及其摩擦材料的研究[D];哈尔滨工业大学;2010年
9 田秀;真空低温下超声马达性能及其摩擦材料的研究[D];哈尔滨工业大学;2010年
10 周宁宁;面向真空低温下超声波电机的振动摩擦与悬浮特性研究[D];哈尔滨工业大学;2011年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 宋小刚;超声电机测试分析系统的研究[D];南京航空航天大学;2010年
2 张卫卫;超声电机启动特性研究[D];哈尔滨工业大学;2010年
3 史维佳;超声电机建模及实验研究[D];哈尔滨工业大学;2011年
4 杨小辉;弯振复合型超声电机的研究[D];哈尔滨工业大学;2011年
5 李小云;纵弯复合模式多自由度超声电机的研究[D];陕西师范大学;2012年
6 王景山;超声电机微步控制及其应用[D];南京航空航天大学;2012年
7 赵杰;基于超声电机的双轴太阳能跟踪系统[D];南京航空航天大学;2012年
8 任杰;超声电机在航空燃油调节器中的应用及控制[D];南京航空航天大学;2012年
9 郭向东;基于贴片式弯振模态超声电机驱动电气比例阀的研究[D];哈尔滨工业大学;2012年
10 唐茜;新型杆状超声电机优化设计研究[D];合肥工业大学;2013年
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62791813
  • 010-62985026