超声电机开题报告

枣 庄 学 院本科生毕业设计（论文）开题报告题目： 超声波电机驱动器设计 姓名： 王德新 学号： 7 年级： 2010 专业：机械设计制造及其自动化指导教师：姓名 张乃标 职称 副教授 学科 电气工程 枣庄学院教务处制 2013年3月10日一、选题依据超声波电波机(简称为USM)是利用压电材料的逆压电效应,把电信号加到压电陶瓷-金属构成的定子上,使定子表面的质点产生一定轨迹的机械振动,驱动转子运动的新型电机。由于定子的振动频率多数处在超声频范围,所以被称为超声波电动机。这种电机的具有能量密度大、响应快、结构紧凑、低转速、大力矩、不受电磁干扰、断电自锁等优点。在微型机械、机器人、精密仪器、家用电器、航空航天、汽车等方面有着广泛的应用前景二、文献综述内容（在充分收集研究主题相关资料的基础上，分析国内外研究现状，提出问题，找到研究主题的切入点，附主要参考文献）1. 探索阶段(1948年20世纪70年代末)超声波电动机的概念出现于1948年，英国的Williams和Brown申请了“压电电动机(Piezoelectric Motor)”的专利，提出了将振动能作为驱动力的设想。1969 年，英国Salfod大学的两名教授介绍了一种伺服压电电机，这种电机采用二片式压电体结构，其速度、运动形式和方向都可以任意变化，响应速度也是传统结构电机所不能及的. 12. 实用化阶段(20世纪70年代末80年代末) 1987年，行波超声波电动机终于达到了商业应用水平。此后许多超声波电动机新产品不断地研制出来并推向市场2。到20世纪80年代中期日本已形成三个系列的超声波电动机：即日立马克赛尔公司的驻波扭转耦合器系列、松下电器公司的行波系列和新生公司的弯曲波模态系列。除日本外，Electro Mechanical Systems 公司也推出了英国第一个商用超声波电动机系列产品USR303。3. 深层次研究(20世纪90年代)在20世纪80年代，国外的研究工作主要集中在研究新的驱动机理、构造新的结构形式、开发新型电机等方面，着重于动力传输的实现。直到90年代后，超声波电动机的建模、性能预测等理论问题才开始引起关注，但至今尚无系统的论述4。 我国超声波电机研究的起步和美、德、法、韩国等国差不多。自“首次全国超声电机技术研讨会”后，超声波电机更受到各方面的关注，特别是得到国家自然科学基金会和863高技术专家组的大力支持和资助5。我国的超声波电机技术得到较快的发展。其内容涉及超声波电机运动机理、谐振频率计算、驱动电路设计、控制方法以及样机的研制和试验，基本型式几乎涵盖目前所出现的所有超声波电机类型。在超声波电机的研究领域里，比较著名的学者有赵淳生教授，胡敏强教授，陈维山教授，郭吉丰教授 ，陈永校教授。南京航空航天大学在赵淳生教授的带领下研制了多种不同型号的超声波电机。清华大学物理系已研制成直径l0mm, 5mm, 3 mm, 1.5mm,的多种微型超声波电机，空载转速数百转到上千转，且转速可调，力矩从几微牛米到几百微牛米，可为医用超声内窥镜的超声探头提供驱动源，进而为形成一体化结构打下了良好应用基础6,7,8,9。但是国内各单位对超声波电机的研究只限于实验室至今还没有达到实用阶段10。参考文献1 Toshiiku Sashida, Takashi Kenjo. An introduction to ultrasonic motors. OXFORD，CLARENDON.19932 赵淳生，李朝东.口本超声电机的产业化、应用和发展.振动、测试与诊断，1999（1）3 赵淳生.对发展我国超声电机技术的若干建议.微电机.2006, 39(2)64-674 张凯，周铁英， 王欢. 1mm压电柱式超声微电机的研制.声学学报.2004(5):258-2615 刘辛国，周铁英，陈宇.超声电机在内镜驱动及控制技术方面的应用研究.中国医学影像技术，2003(11):1569-15706胡敏强，金龙，顾菊平.超声波电机原理与设计.北京:科学出版社，20057 纪科辉，郭吉丰. 超声波电机精密定位系统及驱动控制研究. 浙江大学硕士学位论文. 2004，（3）8 S.Furuya，T.Maruhashi，Y.Izuno，etal. Load-Adaptive Frequency Tracking Control Implementation of Two- Phase Resonant Inverter for Ultrasonic Motor .IEEE Trans，On Power Electronics，1992,7(3):542-5509 Faa-Jeng Lin，Rou-Yong Duan, Hsin-Hai Lin. An Ultrasonic Motor Drive Using LLCC Resonant Technique. ieee transactions on ultrasonics, ferroelectrics, and frequency control.2000(5)10 马相林，黄卫清，赵淳生.一种新型杆式行波型超声电机的研究.机械科学与技术，2004(9):1030-1032三、研究方案（主要研究内容、目标，研究方法）1.研究内容 本课题主要是针对环形行波超声波电机的驱动技术进行研究，主要研究内容不同驱动方案控制信号的生成方法。2.研究目标. 目前超声波电机控制信号可以用压控振荡器VCO开环驱动，锁相环PLL进行半闭环驱动，数字芯片DSP或可编程逻辑器件CPLD/FPGA完成脉冲产生以及分频分相，或DDS技术，通过理论分析和仿真分析比较找到一种比较理想的信号生成方法3.研究方案1.利用CPLD/FPGA芯片对控制信号予以实现。2. 基于直接数字频率合成技术（DDS）的驱动电路。本课题需要对以上几种的信号生成方法进行深入研究，从调频,调相，调幅的范围，频率，相位分辨率，效率，功率值曲线和转速曲线值以及可靠性和成本等多种角度进行比较，选择出适合实验室现有超声电机的控制信号生成电路的最佳方案。四、进程计划（各研究环节的时间安排、实施进度、完成程度）2014.2.23-2014.3.1 查阅相关文献 ，完成开题工作2014.3.1-2014.3.15 .对利用CPLD/FPGA芯片对控制信号予以实现进行研究2014.3.16-20