能量回饋型超聲波電機的理論分析與實驗研究.pdf

1、超聲波電機具有良好的機電耦合特性，其結構簡單，轉矩/質量比大，可以直接驅動機器人的關節(jié)部分，在航空航天、醫(yī)療設備、微型機器人及深海探測等領域中具有廣泛的應用前景，尤其在某些特殊的環(huán)境下，超聲波電機已經取代電磁型電機。
　　由于超聲波電機是靠定、轉子接觸面的摩擦接觸進行驅動的，它在運行過程中能量有較多損耗，導致生熱現(xiàn)象嚴重，電機性能下降。為了提高電機的性能，減少損耗，達到節(jié)能的效果，本文提出了一種具有能量采集功能的新型超聲波電機——

2、能量回饋型超聲電機，該電機集驅動功能與振動能量采集回收功能于一體。本論文針對這種新型超聲波電機，研究其結構原理和運行機理，建立電機的動力學機電耦合模型和振動能量采集數(shù)學模型以及等效電路模型等基礎問題，研究結果不僅對分析電機的輸出性能具有重要的理論與實踐指導意義，同時也是對現(xiàn)有超聲波電機研究的拓展。
　　本論文的主要研究內容包括:
　?。ㄒ唬?、介紹了超聲波電機(USM)的發(fā)展概況、工作原理及本課題研究所要涉及到的基礎理論知識（

3、如壓電理論、梁的彎曲振動理論等）。
　?。ǘ?、首先，介紹了能量回饋型USM的組成結構及運行機理，建立了能量回饋型USM定子的集總參數(shù)機電耦合模型和動力學方程，利用有限元法與曲線擬合法確定了模型中關鍵參數(shù)，并利用MATLAB/Simulink對定子的振動位移等輸出特性進行了數(shù)值仿真和分析。其次，研究分析了能量回饋型超聲波電機定、轉子接觸機理，根據(jù)粘-彈性摩擦理論建立電機定、轉子接觸面的力傳遞模型。最后，綜合定子集總參數(shù)機電耦合模型

4、和定、轉子接觸面力傳遞模型建立了能量回饋型超聲波電機驅動模型。對于驅動模型的性能，利用MATLAB/Simulink進行仿真，主要包括預壓力、激勵電壓、激勵頻率等對電機輸出轉速、輸出轉矩和輸出功率等機械性能的影響。
　?。ㄈ?、利用壓電陶瓷的正壓電效應和梁的彎曲振動理論，建立了能量回饋型USM的振動能量采集回收的理論模型，并利用MATLAB/Simulink對模型性能進行了仿真分析，詳細分析了激振頻率，激振電壓等對采集輸出電壓、電