驻波型直线超声电机等效电路建模方法.pdf

(19)国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN115758962A(43)申请公布日2023.03.07(21)申请号202211346843.8(22)申请日2022.10.31(71)申请人合肥工业大学地址230009安徽省合肥市包河区屯溪路193号(72)发明人李响郭鹏涛丁远(74)专利代理机构合肥天明专利事务所(普通合伙)34115专利代理师娄岳(51)Int.Cl.G06F30/331(2020.01)G06F119/14(2020.01)权利要求书2页说明书9页附图6页(54)发明名称驻波型直线超声电机等效电路建模方法(57)摘要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。CN115758962ACN115758962A权利要求书1/2页1.一种驻波型直线超声电机等效电路建模方法，其特征在于，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Lm以及电阻Rm；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Lm表示电机动子的动能，电阻Rm表示动子与直线导轨摩擦产生的损耗。2.如权利要求1所述的驻波型直线超声电机等效电路建模方法，其特征在于，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。3.如权利要求2所述的驻波型直线超声电机等效电路建模方法，其特征在于，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。4.如权利要求3所述的驻波型直线超声电机等效电路建模方法，其特征在于，所述电阻R与所述电感L通过下式联合求解：其中，IFA、IFB、I、UFA、UFB分别是iFA、iFB、i、uFA、uFB的幅值，iFA、uFA为所述定子等效回路一相接触支路电流与电压、iFB、uFB为另一相接触支路电流与电压、i为所述摩擦传动等效回路电流，ω为角频率；CFA、RFA为所述定子等效回路一相接触支路中串联的可变电容值与可变电阻值；CFB、RFB为另一相接触支路中串联的可变电容值与可变电阻值。5.如权利要求3所述的驻波型直线超声电机等效电路建模方法，其特征在于，所述摩擦传动等效回路中的晶闸管的触发角α由如下步骤得到：由下式求解接触角θ：*其中，RS为接触面等效球体的半径，E为与接触面材料特性相关的等效杨氏弹性模量，λ为修正系数，其与接触表面的真实粗糙度和预紧力有关，A为给定2CN115758962A权利要求书2/2页系数，Fp为给定预压力，UF为晶闸管斩波后的电压uF的幅值；然后，由下式求解触发角α：其中，为阻抗角，6.如权利要求5所述的驻波型直线超声电机等效电路建模方法，其特征在于，所述构建动子等效回路步骤中所述动子等效回路还包括空载支路与负载支路，所述空载支路导线直连，所述负载支路串联直流电压源模拟负载；所述空载支路与所述负载支路通过切换开关选择接入所述动子等效回路。7.如权利要求6所述的驻波型直线超声电机等效电路建模方法，其特征在于，所述构建动子等效回路步骤中所述动子等效回路的电感Lm以及电阻Rm通过下式求解得到：其中，k1为阶跃响应系数，UF为摩擦传动等效电路中晶闸管整流输出的交流电压平均值t1为空载启动，达到稳定速度的时间，此时稳定速度为v1。3CN115758962A说明书1/9页驻波型直线超声电机等效电路建模方法技术领域[0001]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