基于shaking beam原理的多通道控制的超声电机设计

<正>超声电机是一种新型的微小型压电作动器,利用压电陶瓷的逆压电效应,将电能转化为定子的机械能,通过摩擦,驱动转子做直线或旋转运动。相比于传统电机,有着一些得天独厚的优势,例如结构设计简单紧凑、响应速度快、具有断电自锁功能、抗电磁干扰、转矩/质量比大等。由于超声电机可以省去齿轮等减速机构直接驱动负载,这使得超声电机在微小化上有着巨大的潜力,因此在制导炮弹,航空航天等多方面都有着广阔的前景。     

FTS-300快速刀具伺服系统驱动元件特性研究

针对FTS快速刀具伺服系统驱动元件,研究了压电陶瓷电机的静态特性和动态特性,并对其进行了试验研究,选用峰值功率大的电源放大器,可以有效缩短PZT电容的充放电时间,提高响应速度。     

超声波马达机理的研究

超声波马达是一种由超声振动而获得驱动力的新型电机。它利用作为定子的压电陶瓷振子,通过压电效应产生高频振动并依靠摩擦力来驱动压置在其上的转子运动。其特点;结构简单,且转速低,单位体积转矩大,响应性能良好,控制性能好,效率高。     

基于载体姿态测量的微伺服吊舱

针对微小型无人机光电吊舱对光轴稳定与目标跟踪的需求,研究了一种基于载体姿态测量的光学平台稳定技术.该技术利用吊舱基座上的速率陀螺测量机体三轴姿态运动,通过控制光学平台的俯仰和偏航两通道伺服系统实现对光轴的惯性空间稳定.该系统使用步进电机来当执行机构,根据步进电机的特性,可以推导得到控制量与转速的关系,由此省去了在一般捷联稳定技术中的微分测速环节,得出了一种新的基于前馈控制的不变性原理.设计了解耦指令分配算法,将一个两轴耦合系统,转换为两个独立的单轴系统.在单轴控制中,分别设计了比例控制及比例积分控制算法实现对光轴的稳定控制和跟踪.最后通过在Matlab/Simulink环境下的仿真,以及实际的摇摆台试验,证明了基于载体姿态测量的稳定技术能够实现微小型无人机光电吊舱的光轴稳定.     

压电陶瓷驱动电源及其在激光陀螺扫模中的应用

对压电陶瓷微位移器驱动电源与环形激光陀螺腔长调节原理进行了分析 ,在此基础上 ,设计了微机控制 0～ 30 0 V电压连续可调压电晶体驱动电源 ,并将其应用于自行设计的环形激光陀螺自动扫模系统。实验获得的扫模曲线表明 ,该驱动电源能够满足环形激光陀螺扫模系统的要求     

一种三自由度精密定位系统研究

为了满足航空制造领域中零部件精密装配系统对精密定位的需求,开发了一种基于柔顺机构的三自由度精密定位系统,具有两个移动及一个转动共3个自由度;采用3个封装压电陶瓷致动器驱动,封装压电陶瓷内置应变传感器以实现对压电陶瓷驱动器的闭环精确控制;使用3个激光位移传感器测量实际位姿。提出一种基于激光位移传感器的测量和运动学标定方法,试验结果表明X方向正弦轨迹误差为5.4%,Y方向正弦轨迹误差为8.18%。     

南航大超声电机研制取得突破性进展

1999年5月4至5日，在南京航空航天大学举行了首次全国超声电机技术研讨会，来自清华、渐大、上海交大等高校、科研所的30余位专家教授对南航大在超声电机领域取得的突破性进展深表赞赏。超声电机是国际上最近才发展起来的一种新型电机，它突破了传统电磁电机的概念，没有电枢绕组和磁路，不依靠电磁相互作用来转换能量，而是利用压电陶瓷的逆压电效应和超声振动，将材料的微观变形通过共振放大和摩擦传动转换成转子或动子的宏观运动。与传统电机相比，具有惯性小、响应快、控制特性好、噪声小等特点，可广泛应用于微型机械、机器人、精密仪…     

压电陶瓷在发动机推力测量中的应用研究

在发动机推力测量系统的原位校准中,运用了压电陶瓷驱动装置准确快速控制力值的方法,研制了原位校准自动化装置。该装置借助微机和自动控制技术,通过控制作用于压电陶瓷驱动装置上的电场强度改变其输出位移,达到精确控制力值的目的,实现原位校准自动化。试验结果表明,该装置可实现手动、半自动和全自动三种控制方式进行原位校准,加值准确度高,适用于所有喷气动力发动机的推力测量。     

微扑翼飞行器驱动装置设计与动力学性能研究

将压电陶瓷驱动器和柔性铰链四杆放大机构融为一体,设计了结构紧凑的微扑翼驱动装置,并采用粒子群算法完成了微扑翼驱动装置结构参数优化设计;采用拉格朗日方程来建立微扑翼驱动系统动力学模型,对动力学性能进行了仿真研究.研究结果表明:采用正弦驱动电压,微扑翼驱动装置可以实现稳定扑打运动,另外,采用标准正弦驱动电压,在某一频段微扑翼驱动装置能实现高效扑动,而且通过调整驱动电压幅度能够控制扑动幅度.该研究为微扑翼飞行器运动控制奠定了基础.      

压电陶瓷用于纳米定位系统的研究

压电陶瓷PZT用于纳米定位系统的研究，给出了一种二维纳米定位机构和有效消除压电陶瓷压电误差的方法，设计了闭环数字控制系统．实验表明：该定位系统行程10μm,定位精度10nm，定位分辨率达2nm．     

微细电火花加工用宏微驱动系统

研制了一种宏微电极伺服驱动系统 ,并对系统性能进行了测试。该系统由压电陶瓷与步进电机组合而成 ,能实现电极的高性能伺服 ,并可实现振动式进给 ,以利于蚀除产物的排出 ,改善电火花加工的间隙状态     

移相干涉技术用于运动姿态精密测量

针对测量系统运动中姿态测量的需求,提出了一种利用移相干涉技术测量角度的方法来实现运动姿态的准确测量。建立了由组合式移相干涉仪为主的三轴转角实验装置,该装置测量角度的分辨力优于0.006″。采用实验装置对微位移工作台运动过程中的姿态变化进行了测量,得到了工作台移动中绕三轴转角变化的测量结果,并利用激光小角度干涉仪进行了相关测量点的对比实验,数据最大偏差0.03″。实验结果验证了利用移相干涉测角法可以实现运动中姿态的精确测量。     

基于电磁波三维结构向量的飞行器姿态估计

以电磁波三维空间结构向量为参照的飞行器姿态/航向测量研究，可弥补空间参照物缺乏，丰富空间飞行器姿态/航向测量工具。本文根据各缺损电磁矢量传感器姿态位置与接收信号之间的变化规律，建立飞行器载电磁矢量传感器阵列导向矢量。根据协同导航的多个信号空间谱和最大化，实现平台姿态/航向测量。飞行器多位置的多个传感器共同测量姿态可避免遮挡，获得更高姿态精度的同时拓展了系统的适用领域。接收电磁信息完备状态下，不需导航信号，测绘平稳的杂波就能作为姿态基准。仿真试验验证了姿态估计的有效性。     

高精度压电陶瓷驱动电源的研制

为进一步提高压电陶瓷微位移系统的定位精度,设计了一种以PA93高压运放器为核心的高精度、稳定性好的大功率压电陶瓷驱动电源.重点阐述了系统设计方案,并对其中的关键技术和特性功能进行了分析讨论.实验结果表明,该驱动电源具有精度高、输出电流大、响应速度快、稳定性好的特点.当压电陶瓷等效容性负载为3μF时,能在1KHz内实现0V～ 10V到0V～100V的动态放大,电压输出精度可达0.1mV.     

激光陀螺应用中压电陶瓷灵敏度与歪扭的检测

压电陶瓷灵敏度的大小会直接影响激光陀螺的稳频。为了有效地稳频，提高陀螺性能，必须对压电陶瓷进行筛选。本文给出测量灵敏度及歪扭的大小、方向的原理方法。系统的中灵敏度的测量部分为一四通道Twyman-Green干涉仪。动态歪扭测量部分是利用歪扭造成激光光斑在四象限光电管上偏离，由各象限差动电压来得到其大小和方向。方法理论上能测出高达百分之一波长量级的压电陶瓷厚度变化和千分之一角秒量级的动态歪扭变化。     

微细电火花加工微驱动机构设计

分析了柔性铰链及压电陶瓷的原理和特点,指出了压电陶瓷-柔性铰链机构在微进给中具有高响应频率、高精度和无间隙等优点,满足微细电火花加工的要求。并将压电陶瓷与整体式柔性铰链相结合,设计出一种压电驱动蠕动式微进给机构。     

基于有限元分析的纳米级微进给工作台的设计

采用平行板移动副设计了压电陶瓷驱动纳米级微进给工作台。用有限元方法系统的分析了铰链的各个几何参数对工作台的静、动态特性的影响。举例给出了如何来利用有限元方法选择铰链尺寸,使工作台各性能参数均满足设计要求。     

基于稳定奇异值的惯性平台全姿态控制方法

在载体大机动飞行的背景下,要求惯性平台具备全姿态的功能。传统的认知中,三轴平台因为内框架角不能工作在接近于±90°的大角度而不具备全姿态功能,为此在内框架增加了限位装置以限制内框架角的工作范围。在三轴平台的基础上发展出了四轴平台以使内部三个轴始终处于正交状态,从而实现全姿态功能,但外框架角却在工作于±90°时不能保证内框架角处于零位。本文提出了一种基于稳定奇异值的惯性平台全姿态控制方法,验证了三轴平台在框架锁定时通过主动控制可具备自解锁功能,从而具备全姿态能力,颠覆了传统参考资料中对三轴平台的认知。相对于四轴平台,三轴平台少了一个框架,体积和质量都可减小。因此,在高精度惯性导航的工程应用中,将会从四轴平台又回归到三个框架角都具备±180°回转能力的三轴平台。     

基于星敏感器的平台失准角测量精度分析与提高

在平台惯性/天文组合导航系统中,星敏感器可由单星方案或双星方案测量平台失准角。本文推导了两种方案的算法,并进行了精度分析和仿真,提出了提高测量精度的途径。通过对影响星敏感器姿态测量精度的因素进行仿真,论文提出,采用大视场、测量噪声小的星敏感器克服单星方案中绕星敏感器光轴方向姿态误差太大的问题,从而满足平台惯性/天文组合导航系统对星敏感器测量平台失准角的精度要求。     

大行程高精度微驱动系统的建模研究

通过模块化方法,分别对某压电陶瓷驱动的新型大行程、高精度微驱动器驱动部分、传动部分进行物理、数学建模,得到系统的传递函数,并通过matlab软件进行仿真计算,得出系统的开环伯德图,进行稳定性分析,为微驱动系统闭环控制研究提供理论基础。