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1、基于同步箝位控制压电马达结构优化重庆大学硕士学位论文（学术学位）学生姓名：邹利平指导教师：石万凯教授专业：机械设计及理论学科门类：工学重庆大学机械工程学院二O一五年五月StudyonPiezoelectricMotorBasedonSynchronizedSwitchingControlAThesisSubmittedtoChongqingUniversityinPartialFulfillmentoftheRequirementfortheMaster’sDegreeofEngineeringByZoulipingSupervisedbyProf.ShiWankaiSpecialty:Me
2、chanicalDesign&TheoryCollegeofMechanicalEngineeringofChongqingUniversity,Chongqing,ChinaMay,2015中文摘要摘要压电马达是通过压电体的压电振动把电能转化为机械能的新型换能机构，与传统电机比，它具有尺寸小、力矩大、结构紧凑、低速、无电磁干扰、断电自锁等优点，因此被广泛应用于航空航天、生物医疗及其它精密仪器等领域。压电马达从20世纪80年代了兴起到现在，新原理新结构层出不穷，已成为当前世界范围内的一门新兴前沿课题。但其仍然存在效率低、磨损严重等问题。为了有效地解决这些问题,提高压电马达的综合性能,使压电马
3、达在力、速度、效率等方面结合得更好,以及提高滑动摩擦耦合型压电马达的使用寿命,论文在原有同步箝位控制理论的基础上，结合实验进一步设计优化了压电马达的结构。本文首先从压电理论出发，从理论上阐述压电陶瓷的特性。在深入分析同步箝位压电马达工作机理的基础上，结合实验，设计了压电马达的机械结构。并在Maplesim中对同步箝位压电马达进行了动力学建模和仿真分析，更深入的研究了同步箝位压电马达的工作过程以及各控制参数对马达的影响。最后搭建了实验测试平台，对压电马达的特性进行了检测和分析。机械开关用方波电压驱动,电压的幅度为2Kv；压电振子用正弦电压驱动,电压的幅度为80v;频率为101Hz。对驱动电压的
4、相位从0到360测试了一系列的位移曲线，并从中选取了两组最优的曲线。当驱动开关的方波电压信号相位超前正弦信号130时，马达向前运动，此时单次步距为5um,平均速度为0.8mm/s。当驱动开关的方波电压信号相位超前正弦信号310时，马达向后运动，单次步距和平均速度与向前运动时相近。实验结果表明，该同步箝位控制压电马达具有良好的步进特性。关键词：压电马达，同步箝位控制，Maplesim，压电陶瓷驱动器I英文摘要ABSTRACTPiezoelectricisanewlydevelopedenergytransducerwhichconvertstheelectricenergyintomec
5、hanicalenergythroughthevibrationofpiezoceramics.Itiswidelyusedinaerospace,bio-medicalandamongothersforthatithasmanyadvantagessuchassmallsize,largetorque,compactstructure,low-speed,freeofelectromagneticinterference,power-offself-lockandsooncomparedwiththeconventionalmotor.Fromthe1980swhenthePiezoele
6、ctricmotorwasbirthedtonow,varietiesofpiezoelectricmotorprototypeswithnewprincipleandstructurehasbeeninventedandithasbecomeanemergingleadingtopic.Buttherearestillmuchinsufficientsuchasbadlyworn,inefficiencyandsoon.Inordertosolvetheproblemofservicelifeoftheslidingfrictioncouplingtransmissiontypepiezo
7、electricmotorsandachieveabalancedperformanceintermsofhighforce,speedandefficiency.Inthispaper,basedontheoriginaldrivingtheoryandcombinedwithexperiments,amoreoptimalstructureofthepiezoelectricmotorwasdesigne
