旋轉超聲電機微位移瞬態非線性機理及控制方法研究

《旋轉超聲電機微位移瞬態非線性機理及控制方法研究》是依託南京航空航天大學，由孫志峻擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：旋轉超聲電機微位移瞬態非線性機理及控制方法研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：孫志峻
• 依託單位：南京航空航天大學

項目摘要

針對微納定位和操作的需求，開展旋轉行波超聲電機亞微弧級位移的瞬態非線性機理和控制方法研究，探究兼顧轉速和精度、結構簡潔、斷電自鎖的微納旋轉定位/進給新技術。首先，確定瞬態壓電彈性本構方程和壓電換能器的回響模型；其次，研究啟動瞬間時滯非線性現象的非光滑動力學本質和規律，運用廣義變分原理建立電機系統的力電熱耦合模型，分析非光滑參數與時滯非線性動力學行為之間的關係；之後，研究關斷瞬間系統周期運動、產生分叉和混沌的演變規律，深入分析系統的不同動力學特徵與關斷制動性能之間的關係；最後，研究啟動時的時滯非線性控制規律和制動時的混沌過程控制規律。從中總結、提煉出穩定性高、魯棒性強、具備亞微弧級位移功能的超聲電機設計理論和控制方法，力爭為我國微納定位/進給等操作提供新的解決方案和關鍵技術支持。

結題摘要

理論上分析了超聲電機的瞬態機械特性、步進機理和超聲電機中存在的非線性現象。搭建了嵌入式的超聲電機微步距控制檢測系統，進行了與穩態步距相關的實驗研究。從實驗中總結分析了非線性因素對超聲電機性能的影響。準確地測定了超聲電機最小單步波數的個數，清晰地觀察電機微步距和穩態步距的波形圖，為後續控制算法的研究提供了驗證平台。 設計了一種新型的雙PWM超聲電機驅動控制器，進行了輸出特性、啟動和關斷特性、單相調壓調速、閉環特性研究。能夠實現調壓調節與調頻調節的獨立控制。通過有效的軟/硬關斷控制機制，實現超聲電機的伺服驅動與微納級定位控制。單相調壓方式是基於雙PWM功率驅動拓撲結構的控制方式的創新，該方式使超聲電機的伺服特性得到了充分的展現。 提出了超聲電機精密微步距PID 控制算法，並在大量試驗結果基礎上對其進行有效的改進，最佳化了控制效果，增強了系統的魯棒性。在此基礎上，又將此方法拓展到超聲電機驅動的3-PRR平台、 鎖緊裝置和光闌等的精密定位控制上。微步距角＜1µrad,超聲電機驅動平台的直線定位精度達到0.5µm。