基于虚拟仪器的超声电机动态数据采集系统

论文摘要

超声电机(Ultrasonic Motor, USM)是一种利用压电陶瓷的逆压电效应产生超声频振动,进而通过定转子间的摩擦力来驱动转子的新型电机。与传统电磁式电机相比,超声电机具有结构紧凑、断电自锁、低速大转矩、响应速度快、控制精度高、噪声低、不产生电磁干扰等突出优点。因此,在航空航天、精密仪器仪表、医疗器械、智能机器人等领域有着广阔的应用前景。近年来,超声电机倍受科技界和工业界的重视,为当前机电控制领域的一个研究热点。但超声电机的某些特性目前还并不清楚。因此,分析超声电机的特性成为超声电机研究当中很重要的部分。本文主要通过在以PC计算机为核心的硬件平台上,应用虚拟仪器技术,实现超声电机动态数据采集系统,为进一步研究提供实验手段。全文主要内容如下:系统介绍了超声电机的特点、研究历史和主要应用,概述了超声电机测试技术的研究现状。本系统主要以环状行波型超声电机为研究对象。开发了基于虚拟仪器技术的超声电机动态数据采集系统。为超声电机的测试实验提供了新的手段。该系统将数据采集技术﹑现代信号处理技术﹑数据拟合技术等引入超声电机测试实验研究中。首次完整的实现了超声电机动态数据采集系统,并提出了测试理论和方法。对超声电机进行了相关的动态数据采集实验,并对实验结果进行了分析,验证了该采集系统的有效性。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 超声电机的特点
• 1.2 超声电机在国内外的发展与应用
• 1.3 超声电机测试技术的研究现状
• 1.4 本文的研究目的和主要研究内容
• 第二章 超声电机动态数据采集系统硬件设计
• 2.1 硬件的总体设计
• 2.1.1 采集设备和信号发生设备的选择
• 2.1.2 采集系统的设计思路
• 2.2 传感器的选择
• 2.3 采集电路的设计
• 2.3.1 采集卡的保护电路
• 2.3.2 采集转矩﹑转速信号的电路设计
• 2.3.3 直流稳压电源设计
• 2.4 本章小结
• 第三章 超声电机动态数据采集系统软件设计
• 3.1 虚拟仪器技术的发展及其应用
• 3.2 LabVIEW 简介
• 3.3 系统的软件设计
• 3.3.1 软件总体设计
• 3.3.2 电压﹑电流的测量
• 3.3.3 转矩﹑转速的测量
• 3.4 本章小结
• 第四章 数据处理与拟合
• 4.1 数据处理重要性和意义
• 4.2 数据拟合
• 4.3 基于线性最小二乘法的一次多项式拟合
• 4.4 基于线性最小二乘法的n 次多项式拟合
• 4.5 LabVIEW 中的立方锯齿拟合函数
• 4.6 曲线拟合技术的实际应用
• 4.7 本章小结
• 第五章 超声电机动态数据采集实验
• 5.1 试验平台的实际测试
• 5.2 电机实验分析
• 5.2.1 在驱动电压恒定时进行分析
• 5.2.2 在驱动电压幅值变化下进行分析
• 5.2.3 在驱动电压频率变化下进行分析
• 5.2.4 在驱动电压相位差变化下进行分析
• 5.2.5 在电机输出转矩循环变化下进行分析
• 5.2.6 超声电机的阻抗分析
• 5.3 驱动器实验分析
• 5.4 实验结果评估
• 5.5 本章小结
• 第六章 全文总结与展望
• 6.1 全文总结
• 6.2 工作展望
• 参考文献
• 致谢
• 在学期间的研究成果及发表的学术论文