[发明专利]驻波型直线超声电机等效电路建模方法

说明书

本发明涉及一种驻波型直线超声电机等效电路建模方法，包括构建定子等效回路，构建摩擦传动等效回路步骤以及构建动子等效回路步骤，构建摩擦传动等效回路步骤根据动子与定子相对运动过程中接触力在接触面的切向与法向变化建立摩擦传动等效回路，所述摩擦传动等效回路包括串联的电阻R与电感L，所述电阻R代表摩擦过程中定子向动子传递的动能，所述电感L代表定子摩擦过程中产生的损耗。本发明的摩擦传动等效回路能够清晰明确的表达动子与定子相对运动过程中的摩擦损耗与能量传递过程，且考虑了切向力激励对摩擦过程的影响，因此更接近超声电机的实际运行情况，在仿真计算时具有更高的模拟精度，更高的一致性。

技术领域

本发明超声电机建模分析技术领域，具体涉及一种驻波型直线超声电机等效电路建模方法。

背景技术

自上世纪八十年代以来，超声电机随着具有高转换效率的压电材料的出现而得到迅速发展，并且作为一种新型制动器，逐渐应用于特殊环境、高精密工程、微驱动等领域。超声电机属于一种比较特殊的超声电机，应用广泛，十分具有代表性。

相较于传统电磁电机，超声电机具定位精度高、响应迅速、有抗电磁干扰能力强、结构紧凑、能量密度大、输出推力大、推重比大、断电自锁等优势，在高精密仪器、机器人、光纤通讯、微型机械、航空航天和民用汽车与家电等诸多领域中得到了使用。

驻波型直线超声电机的前期研究主要集中在结构设计和应用方面，目前缺乏适用于性能预估和控制的电机理论模型研究。等效电路模型提供了一种简单便捷的方法，可以更深入地分析电机的运行状态，预测电机死区特性，指导设计驱动控制系统，并使电机本体与外部系统(如电气驱动和控制设备)的交互更容易可视化，进而解决实际中的问题。

超声电机等效电路模型一般包括定子等效电路、定动子摩擦传动等效电路、动子等效电路等三个部分，现有的等效电路模型中存在定子等效电路部分灵活度差，如未考虑预压力等变化带来的动态影响；摩擦传动等效电路部分电路元件的参数物理意义不明确且建模困难；动子等效电路部分参数识别困难、未考虑死区等问题。

发明内容

鉴于现有技术中存在的上述技术问题，本发明提供一种驻波型直线超声电机等效电路建模方法。

本发明的技术方案提供一种驻波型直线超声电机等效电路建模方法，包括如下步骤：

构建定子等效回路步骤，建立超声电机定子的二自由度简谐振动力学模型，并类比得到表达定子运动的定子等效回路；所述定子等效回路的两相分别均包括电气支路以及通过理想变压器与所述电气支路电连接的机械支路与接触支路，所述机械支路与所述接触支路串联；

构建摩擦传动等效回路步骤，根据动子与定子相对运动过程中接触力在接触面的切向与法向变化建立摩擦传动等效回路，所述摩擦传动等效回路包括串联的电阻R与电感L，所述电阻R代表摩擦过程中定子向动子传递的动能，所述电感L代表定子摩擦过程中产生的损耗；

构建动子等效回路步骤，所述动子等效回路包括串联的非理想二极管D、电感L_m以及电阻R_m；所述非理想二极管D表征电机低激励电压的死区特性；电感L_m表示电机动子的动能，电阻R_m表示动子与直线导轨摩擦产生的损耗。

具体的，所述构建摩擦传动等效回路步骤中的所述摩擦传动等效回路还包括串联在所述摩擦传动等效回路中的晶闸管，所述晶闸管关断时用于模拟定子与动子摩擦过程中脱离接触。

具体的，所述构建摩擦传动等效回路步骤中的所述摩擦传动等效回路接入所述定子等效回路一相的接触支路两端，还通过理想变压器接入所述定子等效回路另一相的接触支路两端。

具体的，所述电阻R与所述电感L通过下式联合求解：