Улучшение динамических характеристик мехатронных модулей с пьезоэлектрическими двигателями ударного типа на основе адаптивных методов управления

• Автор: Тихонов, Андрей Олегович
• Шифр специальности: 05.02.05
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2004
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 178 с. : ил.

Список сокращений

1 Мехатронные модули на базе пьезоэлектрических двигателей и их применение

1.1 Пьезоэлектрические двигатели

1 2 Пьезоэлектрический двигатель как часть мехатрониого модуля

1 3 Методы коррекции параметров мехатронных модулей на базе

пьезоэлектрических двигателей

13 1 Одномерные способы управления

132 Амплитудно-частотный метод управления

1 3 3 Амплитудно-фазовый метод управления

1 4 Функционально-структурная интеграция

1 5 Структурно-конструктивная интеграция

1 б Применение мехатронных модулей на базе пьезоэлектрических
двигателей
1 7 Выводы
2 Разработка математической модели пьезоэлектрического двигателя ударного типа
2 1 Исследование конструкции пьезоэлектрического двигателя
2 2 Исследование статических и динамических характеристик
пьезоэлектрического двигателя
2 3 Расчетная схема пьезоэлектрического двигателя
2 4 Синтез модели механического преобразователя двигателя
2 4.1 Модель толкателя механического преобразователя
2 4 2 Модель взаимодействия толкателя и ротора пьезоэлектрического
двигателя
2 4.3 Учет влияния зоны нечувствительности регулировочной
характеристики . .
2 4 4 Построение модели пьезоэлемеита
2 4.5 Учет влияния реакции ротора
2 5 Выводы
3 Синтез регулятора с адаптивной структурой, выполняющего линеаризацию характеристик двигателя
3 1 Концепция адаптации частоты управления

3 2 Исследование влияния контуров адаптации на качество работы
мехатрониого модуля на бате пьезоэлектрического двигателя
3.2.1 Настройка параметров фазового контура управления
3 2.2 Настройка контура управления по току
3 3 Анализ переходного процесса мехатрониого модуля при использовании
корректирующего устройства с адаптивной структурой
3 4 Сравнительный анализ характеристик методов управления
3 4.1 Выбор и обоснование критерия оценки качества управления
3 4 2 Результаты сравнительного анализа
3 4 3 Преимущества использования корректирующего устройства с
адаптивной структурой
3 5 Упрощение модели мехатрониого модуля на базе пьезоэлектрического
двигателя
3 6 Выводы
4 Экспериментальные исследования опытного образца мехатрониого модуля
4 1 Реализация импульсного усилителя мощности
4 2 Реализация датчика фазы
4 3 Универсальный вычислитель
4 4 Проверка адекватности уточненной модели
4 5 Методика проектирования мехатрониого модуля на базе
пьезоэлектрического двигателя ударного типа
4 6 Выводы
5 Повышение эффективности использования мехатронных модулей в составе исследовательских системах
5 1 Архитектура исследовательского комплекса
5 2 Организация доступа к лабораторному оборудованию
5 3 Проектирование лабораторной службы на базе унифицированного
менеджера ресурсов исследовательского оборудования
5 4 Методика проектирования распределенного лабораторного комплексаІЗб
5 5 Примеры реализованных проектов
5 5 1 Лабораторный стенд для исследования динамических процессов
привода на базе двигателя постоянного тока
5 5.2 Лабораторный стенд для исследования пьезоэлектрического двигателя
5 6 Выводы

6 Заключение
7 Список литературы
Приложение 1. Листинг программы для снятия характеристик ПД-46
Приложение 2 Листинг блока измерения интегральной ошибки
Приложение 3. Структура математической модели мехатрониого модуля с
эталоном
Приложение 4 Текст программы s-функции для автоматического снятия статических характеристик модели ... . . -164Приложение 5 Пользовательские функции модуля Laboratory
Приложение 6. Пример конфигурационного файла . .. -170Приложение 7 Синтаксис конфигурационного файла
Приложение 8 Пример реализации службы доступа к лабораторному оборудованию . .

Характер изменения тока в момент старта соответствует переходному процессу по скорости. Поэтому при косвенном расчете резонансной частоты целесообразно использовать обратную связь по току, из-за низкой стоимости датчика тока по сравнению с фото-импульсным
датчиком.
По результатам исследования двигателя были построены регулировочные (Рис. 21). механические (Рис. 22) характеристики, а также графики зависимости резонансной частоты ПЭ от амплитуды управляющего сигнала и момента внешних сил (Рис. 23).
Рис. 21. Регулировочные характеристики на резонансной частоте (1), на частоте слева от резонанса (2), на частоте справа от резонанса (3).
При увеличении амплитуды напряжения питания двигателя, его параметрическая резонансная частота уменьшается от максимального значения практически до резонансной частоты ненагружеиного пьезоэлемента. Если рабочая точка выбирается на левом склоне частотной характеристики, то увеличение скорости колебания происходит как за счет увеличения амплитуды тока, так и за счет приближения резонансной частоты к частоте рабочей точки [27]. Из-за действия этих двух факторов регулировочная характеристика получается близкой к квадратичной (Рис. 21. 3).
Выбор рабочей точки на правом склоне частотной характеристики приводит к противоположным результатам. Регулировочная характеристика близка к линейной (Рис. 21.3). Однако при этом скоростной диапазон двигателя уменьшается, что не всегда приемлемо.