多自由度超聲電機設計與應用研究.pdf

1、多自由度超聲電機是一種新型的特種電機,具有結構簡單、集成度高、小型輕量、斷電自鎖、不受電磁干擾、多維驅動輸出等優(yōu)點,利用逆壓電效應、機械振動、摩擦耦合來轉換能量。本文所要研究的是一種具有工程應用價值的多自由度超聲電機,由機械結構與電路驅動一體化集成,實現(xiàn)復雜的運動輸出。概括起來,主要研究內容包括以下幾個方面:
　　設計了一種錐型結構的多自由度超聲電機。電機定子采用單足驅動方式,利用四分區(qū)的疊層式壓電陶瓷作為激勵元件,在兩路相位差9

2、0°的正弦信號激勵下,驅動足分別產生沿X-Z平面、Y-Z平面的橢圓運動軌跡,進而驅動電機動子作直線運動。利用有限元軟件ANSYS對電機建立參數化模型,并導入到多學科優(yōu)化軟件Optimus中,采用遺傳算法作全局優(yōu)化求解。優(yōu)化結果表明電機各項性能得到顯著提高,同時也驗證了模型的正確性及算法的可靠性。
　　針對多自由度超聲電機定子結構及實現(xiàn)兩個自由度運動輸出的要求,設計了兩套定子與動子配合的解決方案,分別為定子固定、動子平動的夾持測試方

3、案和兩自由度導軌配合定子運動、動子底座固定的X-Y工作平臺方案。自行設計的X-Y平臺結構巧妙地與電機定子融合在一起,具有很好的新穎性與獨創(chuàng)性,解決了多自由度超聲電機在應用方面受空間行程限制的難題。
　　根據錐型多自由度超聲電機應用于X-Y工作平臺的驅動原理,設計出與之相匹配的新型驅動電路,采用兩種驅動方案,模擬驅動方式與數字驅動方式,分析各自的信號產生與邏輯控制特點,指出采用基于單片PSoC芯片為控制核心的數字式驅動方式,具有邏輯