压电超声结构非线性动力学实验研究

论文摘要

超声电机(Ultrasonic Motor, USM)是一种新型的电机。与传统电磁式电机相比,超声电机具有许多突出的优点,因此在众多领域有着广阔的应用前景。然而,由于超声电机的运行过程中存在着许多非线性因素,对其性能产生严重影响,所以研究超声电机的非线性特性,对于避免非线性因素对于电机性能的影响,具有重要的意义。本文从实验角度研究超声电机的非线性特性,设计驱动电路和针对于超声电机非线性因素的实验台;开展电机的非线性动力学实验;分析其中的非线性现象并解释了其产生的原因。全文主要内容为:介绍了超声电机的特点、研究历史和主要应用,概述了超声电机的非线性现象以及非线性动力学实验研究进展。在介绍压电陶瓷逆压电效应与压电振子谐振特性的基础上,阐述了超声电机的运行机理。设计并制作超声电机定子环,使用有限元分析软件ANSYS计算其振动模态及谐振频率。研制了超声电机闭环驱动系统,为超声电机非线性动力学实验的研究提供了一个简单易操作的通用实验台。进行超声电机非线性动力学实验,通过分析处理实验结果揭示其中的非线性现象,并且阐述其成因。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.1.1 超声电机的原理、应用与发展历史
• 1.1.2 超声电机的分类与特点
• 1.2 超声电机定子非线性动力学实验研究
• 1.2.1 超声电机定子的非线性特性
• 1.2.2 非线性动力学实验
• 1.3 论文的目的和主要内容
• 1.4 论文的工作安排
• 第二章 定子模型的设计与制作
• 2.1 行波型超声电机
• 2.1.1 压电振子的特性以及压电方程
• 2.1.2 行波型超声电机的结构
• 2.1.3 超声电机的运行机理
• 2.2 定子模型的综合设计
• 2.2.1 综合设计基础
• 2.2.2 电机定子模型的设计
• 2.3 定子的有限元分析
• 2.3.1 有限元软件ABSYS 简介
• 2.3.2 定子的有限元分析
• 2.4 定子环模型的制作
• 2.5 本章小结
• 第三章 驱动控制电路的设计
• 3.1 频率发生器
• 3.1.1 CD4046 芯片介绍
• 3.1.2 信号发生电路
• 3.2 分频分相电路
• 3.2.1 分频分相器
• 3.2.2 死区控制电路
• 3.3 逆变系统主回路
• 3.3.1 常用开关变换器工作原理和特点分析
• 3.3.2 逆变系统主回路
• 3.4 变压器的设计
• 3.4.1 磁芯的选择
• 3.4.2 绕组的选择
• 3.5 匹配电感的计算
• 3.5.1 串联电阻匹配
• 3.5.2 串联匹配电路的实现
• 3.6 电压反馈回路
• 3.6.1 行波型超声电机的稳定性控制
• 3.6.2 基于孤极电压的跟踪方法
• 3.6.3 反馈电路设计
• 3.7 本章总结
• 第四章 非线性实验研究
• 4.1 实验系统的构成与调整
• 4.1.1 实验台的构成
• 4.1.2 实验系统的调整
• 4.2 电机实验研究
• 4.2.1 实验一：谐振频率测定及非线性分析
• 4.2.2 实验二：定子非线性动力学实验
• 4.3 实验结果分析
• 4.3.1 压电陶瓷非线性力对定子的影响
• 4.3.2 定转子接触力对于定子非线性的影响
• 4.4 主要问题以及解决方法
• 4.5 本章小结
• 第五章 全文总结
• 参考文献
• 发表论文和参加科研情况说明
• 致谢