多自由度超聲電機(jī)設(shè)計(jì)與應(yīng)用研究.pdf

1、多自由度超聲電機(jī)是一種新型的特種電機(jī),具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、集成度高、小型輕量、斷電自鎖、不受電磁干擾、多維驅(qū)動(dòng)輸出等優(yōu)點(diǎn),利用逆壓電效應(yīng)、機(jī)械振動(dòng)、摩擦耦合來(lái)轉(zhuǎn)換能量。本文所要研究的是一種具有工程應(yīng)用價(jià)值的多自由度超聲電機(jī),由機(jī)械結(jié)構(gòu)與電路驅(qū)動(dòng)一體化集成,實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)輸出。概括起來(lái),主要研究?jī)?nèi)容包括以下幾個(gè)方面:
　　設(shè)計(jì)了一種錐型結(jié)構(gòu)的多自由度超聲電機(jī)。電機(jī)定子采用單足驅(qū)動(dòng)方式,利用四分區(qū)的疊層式壓電陶瓷作為激勵(lì)元件,在兩路相位差9

2、0°的正弦信號(hào)激勵(lì)下,驅(qū)動(dòng)足分別產(chǎn)生沿X-Z平面、Y-Z平面的橢圓運(yùn)動(dòng)軌跡,進(jìn)而驅(qū)動(dòng)電機(jī)動(dòng)子作直線運(yùn)動(dòng)。利用有限元軟件ANSYS對(duì)電機(jī)建立參數(shù)化模型,并導(dǎo)入到多學(xué)科優(yōu)化軟件Optimus中,采用遺傳算法作全局優(yōu)化求解。優(yōu)化結(jié)果表明電機(jī)各項(xiàng)性能得到顯著提高,同時(shí)也驗(yàn)證了模型的正確性及算法的可靠性。
　　針對(duì)多自由度超聲電機(jī)定子結(jié)構(gòu)及實(shí)現(xiàn)兩個(gè)自由度運(yùn)動(dòng)輸出的要求,設(shè)計(jì)了兩套定子與動(dòng)子配合的解決方案,分別為定子固定、動(dòng)子平動(dòng)的夾持測(cè)試方

3、案和兩自由度導(dǎo)軌配合定子運(yùn)動(dòng)、動(dòng)子底座固定的X-Y工作平臺(tái)方案。自行設(shè)計(jì)的X-Y平臺(tái)結(jié)構(gòu)巧妙地與電機(jī)定子融合在一起,具有很好的新穎性與獨(dú)創(chuàng)性,解決了多自由度超聲電機(jī)在應(yīng)用方面受空間行程限制的難題。
　　根據(jù)錐型多自由度超聲電機(jī)應(yīng)用于X-Y工作平臺(tái)的驅(qū)動(dòng)原理,設(shè)計(jì)出與之相匹配的新型驅(qū)動(dòng)電路,采用兩種驅(qū)動(dòng)方案,模擬驅(qū)動(dòng)方式與數(shù)字驅(qū)動(dòng)方式,分析各自的信號(hào)產(chǎn)生與邏輯控制特點(diǎn),指出采用基于單片PSoC芯片為控制核心的數(shù)字式驅(qū)動(dòng)方式,具有邏輯