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    技術(shù)文章

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    技術(shù)文章

    作者: pp电子(中国)·官方网站 閱讀數(shù): 78 發(fā)布時(shí)間:

      實(shí)驗(yàn)名稱:電機(jī)特性實(shí)驗(yàn)研究

      研究目的:介紹了對(duì)稱式雙足壓電直線電機(jī)的結(jié)構(gòu)及其驅(qū)動(dòng)機(jī)理,以此為基礎(chǔ)建立了電機(jī)的運(yùn)動(dòng)模型,詳細(xì)討論了多種驅(qū)動(dòng)信號(hào)下,電機(jī)所能實(shí)現(xiàn)的多種工作模式,對(duì)模型進(jìn)行了分析。對(duì)定子形式進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì),提出了三種不同的電機(jī)形式,分別對(duì)電機(jī)進(jìn)行理論模型分析,運(yùn)用有限元進(jìn)行仿真,對(duì)電機(jī)進(jìn)行整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)并制作樣機(jī),進(jìn)行性能實(shí)驗(yàn)研究。

      測試設(shè)備:功率放大器、信號(hào)發(fā)生器、示波器、壓電作動(dòng)器、激光位移傳感器等

    實(shí)驗(yàn)裝置圖

      圖:實(shí)驗(yàn)裝置圖

      實(shí)驗(yàn)過程:

      一、連續(xù)作動(dòng)模式實(shí)驗(yàn)

      在四組疊層壓電陶瓷上施加一定相位差的對(duì)應(yīng)的正弦波信號(hào),可以使得電機(jī)驅(qū)動(dòng)足做橢圓運(yùn)動(dòng),通過摩擦力驅(qū)動(dòng)電機(jī)導(dǎo)軌輸出直線運(yùn)動(dòng)。對(duì)于長柔鉸壓電電機(jī),調(diào)節(jié)輸入電壓以及頻率可以得到下圖所示的電機(jī)速度特性曲線。

    連續(xù)作動(dòng)模式不同頻率下長柔鉸電機(jī)電壓-速度關(guān)系曲線

      圖:連續(xù)作動(dòng)模式不同頻率下長柔鉸電機(jī)電壓-速度關(guān)系曲線

      頻率與電壓增高時(shí),電機(jī)運(yùn)動(dòng)速度近似成線性增長。當(dāng)輸入電壓為100V、頻率為100Hz時(shí),電機(jī)運(yùn)動(dòng)速度為446.4μm/s。在這種模式下,電機(jī)的運(yùn)動(dòng)較為平穩(wěn),噪音較小,其不足在于速度較小。

      二、交替步進(jìn)作動(dòng)模式實(shí)驗(yàn)

      在疊層壓電陶瓷上施加一定規(guī)律的方波三角波信號(hào)時(shí),可以實(shí)現(xiàn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)足按矩形軌跡運(yùn)動(dòng),從而通過摩擦力驅(qū)動(dòng)導(dǎo)軌直線運(yùn)動(dòng)。相對(duì)于連續(xù)作動(dòng)模式,該種模式下電機(jī)運(yùn)動(dòng)速度更快。

    對(duì)稱原理樣機(jī)步進(jìn)模式結(jié)果圖

      圖:對(duì)稱原理樣機(jī)步進(jìn)模式結(jié)果圖

      上圖(a)所示為對(duì)稱原理樣機(jī)在不同頻率下的電壓-速度關(guān)系圖,電機(jī)交替步進(jìn)模式下工作頻帶為10Hz到120Hz,工作電壓范圍為80-120V,電機(jī)運(yùn)動(dòng)速度隨著輸入電壓的增長呈線性增長。當(dāng)輸入信號(hào)頻率為120Hz,電壓為120V時(shí),電機(jī)速度為670.22μm/s。如上圖(b)所示為其在輸入信號(hào)電壓100V下頻率-速度關(guān)系圖,電機(jī)速度隨頻率增長表現(xiàn)出一定的線性,在某些點(diǎn)出現(xiàn)了一定的誤差。當(dāng)頻率增大到120Hz以上時(shí),由于受到第二章提到的疊層壓電陶瓷的遲滯效應(yīng)影響,無法較好的控制雙驅(qū)動(dòng)足的運(yùn)動(dòng)時(shí)序,從而導(dǎo)致了電機(jī)無法正常工作。

      三、單步作動(dòng)模式實(shí)驗(yàn)(分辨率測試)

    對(duì)稱原理樣機(jī)單步降頻分辨率測試結(jié)果

      圖:對(duì)稱原理樣機(jī)單步降頻分辨率測試結(jié)果

      如上圖所示為對(duì)稱原理樣機(jī)的步距測試實(shí)驗(yàn)結(jié)果,在輸入信號(hào)電壓為100V,頻率依次為100Hz,50Hz,10Hz和1Hz時(shí),電機(jī)單步步距分別為3.61μm,3.57μm,0.65μm和0.35μm。理論分析中,電機(jī)步距不隨頻率變化而變化,而實(shí)驗(yàn)結(jié)果中頻率降低時(shí),步距卻有了明顯的減小。從100Hz到50Hz時(shí),其誤差較小,主要來源于測試誤差以及動(dòng)子測試段表面形態(tài)的微小差異;而從50Hz到10Hz以及1Hz時(shí),誤差增加,從圖線中可以得知在低頻狀態(tài)下,動(dòng)子的回撤現(xiàn)象較為明顯,這是由于定子的雙驅(qū)動(dòng)足與動(dòng)子的接觸狀態(tài)有一定的差異,在運(yùn)動(dòng)中不能做到完美的接觸與分離所導(dǎo)致的。動(dòng)子的回撤直接影響了單步步距的準(zhǔn)確性,在頻率較高的情況下,動(dòng)子的回撤現(xiàn)象在慣性作用下有所減緩,此時(shí)的步距更能代表該電機(jī)的性能。對(duì)稱原理樣機(jī)的分辨率為0.35μm。

      四、負(fù)載承載實(shí)驗(yàn)

    對(duì)稱原理樣機(jī)負(fù)載特性曲線

      圖:對(duì)稱原理樣機(jī)負(fù)載特性曲線

      上圖所示為對(duì)稱原理樣機(jī)在100Hz和200Hz時(shí)的負(fù)載實(shí)驗(yàn)結(jié)果。電機(jī)速度隨負(fù)載增大而線性減小,當(dāng)輸入信號(hào)電壓為100V時(shí),最大負(fù)載力約為3N。由于非共振式壓電直線電機(jī)依靠摩擦力驅(qū)動(dòng),并且工作在較低的頻率,所以其負(fù)載力普遍較小。

      實(shí)驗(yàn)結(jié)果:

      實(shí)驗(yàn)可以得到結(jié)論,對(duì)稱非共振式壓電直線電機(jī)可以實(shí)現(xiàn)連續(xù)作動(dòng)模式、交替步進(jìn)模式以及單步作動(dòng)模式三種不同的工作模式下的運(yùn)動(dòng),可以適用于不同的工作場合,多工作模式的結(jié)合可以在同一臺(tái)電機(jī)中實(shí)現(xiàn)大行程與高分辨率運(yùn)動(dòng)的統(tǒng)一。

      功率放大器推薦:ATA-3080

    ATA-3080功率放大器指標(biāo)參數(shù)

    圖:ATA-3080功率放大器指標(biāo)參數(shù)

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