超声电机测试分析系统的研究

论文摘要

本课题受国家自然科学基金项目(50735002、50875123)资助。超声电机(USM)是利用压电陶瓷的逆压电效应使定子产生超声波振动,通过摩擦耦合将振动能转换成转子或滑块的动能的新型电机。由于超声电机对负载、环境条件及定子转子之间的摩擦特性很敏感,对超声电机的电学特性进行深入的实验研究,测试和分析超声电机的关键性能,了解超声电机的运动规律,进而为高性能驱动器的研发提供参考有非常重要的意义。本文内容概括如下:分析了目前对超声电机的测试相关研究不足之处,指出本课题研究的意义。依据超声电机性能试验要求,并结合计算机测控技术的优点,设计了旋转型和直线型超声电机性能测试分析方法。依据超声电机测试分析系统的设计目标,构建超声电机测试分析系统。详细分析了超声电机测试分析系统的硬件组成和软件组成。结合测试系统硬件设备功能,采用模块化的设计思想,在LabVIEW平台设计了测试分析系统软件,该软件具有数据采集、数据回放、数据处理和结果显示等功能。根据测试分析系统所用传感器的特点,采用曲线拟合技术对电流传感器进行软件延迟补偿,解决了传感器延迟影响电机阻抗分析的难题。使用设计虚拟仪器测试分析系统,对行波旋转型超声电机输入阻抗特性、变预压力、变激励信号时电机的性能进行测试。跟据实验测试结果,分析了电机的性能。设计了直线电机测试系统,并对双变幅杆V型直线电机进行实际测试。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 超声电机概述
• 1.3 虚拟仪器概述
• 1.4 本课题研究的意义与内容
• 1.4.1 本课题研究的意义
• 1.4.2 本课题的研究内容
• 第二章 超声电机测试分析系统硬件设计
• 2.1 系统设计要求
• 2.2 总体方案框图
• 2.3 测试台
• 2.3.1 机械特性测量装置
• 2.3.2 预压力测试装置
• 2.4 信号调理电路
• 2.4.1 模拟输入口保护电路
• 2.4.2 转矩转速信号的适配设计
• 2.4.3 电流传感器
• 2.4.4 转矩控制器设计
• 2.4.4.1 电源电路的硬件设计
• 2.4.4.2 恒流源电路的设计
• 2.4.4.3 恒流源电路测试
• 2.5 数据采集卡
• 2.6 本章小结
• 第三章 超声电机测试分析系统的软件设计
• 3.1 连续采集程序流程
• 3.2 数据回放单元
• 3.3 数据处理模块和显示模块设计
• 3.3.1 数字滤波器设计
• 3.3.1.1 线性相位FIR 数字滤波器
• 3.3.1.2 数字滤波器的 LabVIEW 设计
• 3.3.2 测量数据处理
• 3.3.2.1 频域分析模块
• 3.3.2.2 相位计算模块
• 3.3.2.3 频率测量模块
• 3.3.2.4 波形显示模块
• 3.3.2.5 曲线拟合模块
• 3.3.2.6 曲线拟合在传感器延迟补偿中的应用
• 3.4 本章小结
• 第四章 旋转型超声电机特性实验分析
• 4.1 超声电机输入阻抗特性实验
• 4.2 超声电机性能特性实验
• 4.2.1 超声电机的启动过程
• 4.2.2 不同预压力作用下电机性能测试
• 4.2.3 不同激励信号下电机性能实验研究
• 4.2.3.1 调频控制
• 4.2.3.2 调压控制
• 4.2.3.3 调相控制
• 4.3 本章小结
• 第五章 直线超声电机性能测试系统
• 5.1 直线型超声电机测试系统硬件设计
• 5.2 硬件系统各个模块的配置和设计
• 5.2.1 测功机构
• 5.2.2 直线光电编码器
• 5.3 直线型超声电机测试系统软件设计
• 5.3.1 软件系统各个模块的配置和设计
• 5.3.2 文件结果存储
• 5.3.3 剔除数据奇异项
• 5.3.4 数据显示方式转换
• 5.4 直线型超声电机启动特性研究
• 5.5 小结
• 第六章 全文总结与展望
• 6.1 本文工作总结
• 6.2 后续工作展望
• 参考文献
• 致谢
• 在学期间的研究成果及发表的学术论文