Пьезоэлектрический двигатель вращения - как элемент автоматических систем

• Автор: Коваленко, Валерий Анатольевич
• Шифр специальности: 05.13.05
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 1998
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 173 с.

ОГЛАВЛЕНИЕ.

Введение
1. Классификация пьезодвигателей и постановка задачи
2. Отличительные особенности пьезоэлектрических двигателей вращения
3. Конструкция и принцип действия пьезоэлектрических двигателей
вращения типа ПД
Глава 1. Основные свойства пьезоэлектрических резонаторов
1.1. Пьезоэффект и свойства пьезоэлектрических материалов
1.2. Основные характеристики, электромеханическая модель и
получение передаточной функции пьезопреобразователя
1.3. Идентификация параметров модели пьезоэлемента
1.4. Передаточная функция пьезоэлемента как звена с
амплитудной модуляцией
1.5. Способы стабилизации колебательной скорости пьезоэлемента
1.6. Выводы по главе
Глава 2, Основные характеристики, механическая модель и электрическая схема замещения механического преобразователя колебательного движения во вращательное
2.1. Упрощенная механическая модель преобразователя колебательного движения во вращательное
2.2. Электрическая схема замещения механического преобразователя колебательного движения во вращательное
2.3. Выводы по главе
Глава 3. Синтез модели (схемы замещения) пьезоэлектрических
двигателей вращения типа ПД
3.1. Экспериментальная установка для исследования мехатронных систем
3.2. Экспериментальные характеристики ПДВ

3.3. Синтез электромеханической модели ПДВ и идентификация ее параметров
3.4. Методика идентификации параметров схемы замещения пьезодвигателя
3.5. Выводы по Главе
Глава 4. Способы управления скоростью вращения ПДВ и их
схемотехнические реализации
4.1. Анализ способов управления скоростью пьезодвигателей
4.2. Схемотехнические решения. Реализация и синтез электронных
схем управления ПДВ
4.3. Экспериментальное исследование .ПДВ в составе автоматических систем, замкнутых по положению и скорости
4.4. Выводы по главе
Заключение
Список литературы
Приложение 1. Программное обеспечение комплекса
для исследования мехатронных систем
Приложение 2. Электрическая принципиальная схема импульсного
устройства управления ПДВ
Введение.
На современном этапе научно-технического прогресса разработаны новые технические средства, основанные на использовании известных физических явлений и эффектов. В частности к ним относятся пьезоэлектрические двигатели вращения (ПДВ) [1,2,3]. В литературе эти двигатели часто называются вибродвигателями [4,5] (в зарубежной литературе - ultrasonic motors (USMs) [6,7]). Это название охватывает широкий класс устройств, работа которых основана на принципе преобразования ультразвуковых колебаний в перемещение. Так как тип преобразователя может быть электромагнитным, электродинамическим, магнитострикционным и т.п., а в данной работе рассматриваются двигатели только с пьезоэлектрическими преобразователями, то в дальнейшем будем их называть пьезоэлектрическими двигателями.
Принцип действия пьезоэлектрических двигателей основан на использовании обратного пьезоэффекта. Как известно, прямой пьезоэлектрический эффект, открытый в 1880 г. Пьером и Жаком Кюри, заключается в возникновении на противоположных поверхностях твердого тела при его деформации (например, сжатии или растяжении) одинаковых по величине, но разноименных электрических зарядов, а обратный пьезоэффект соответственно в возникновении механических деформаций при приложении сил электрического поля к пьезоэлектрикам. Число природных пьезоэлектрических материалов превышает тысячу, хотя используется очень небольшое число соединений.
Практическое применение пьезоэлектриков началось в годы первой мировой войны, когда французский физик Пьер Ланжевен (Langevin) показал, что кварцевые пластины могут быть приведены в колебание переменным электрическим полем, и предложил применить (в 1916 г.)

волнового уравнения и эквивалентных схем. Волновое уравнение движения пьезопластины по толщине описывается в виде
где р - плотность материала, £ - смещение частиц в направлении оси х.
Метод решения волнового уравнения применяется достаточно широко. Однако, если резонатор имеет сложную форму, решение такого уравнения является не простой задачей. В инженерных расчетах более удобным является метод эквивалентных электрических схем, рассчитываемых с помощью теории электрических цепей. Наиболее полной является эквивалентная схема преобразователя в виде шестиполюсника [3,17, 19-21], показанная на рис. 1.3.

Р-1 т-
дt2 дх
(1.1),
]2(т01(/2)
]г1р8(т1)11/2)

г0/0 «Я (т01г))

Рис. 1.3.
Параметры эквивалентной схемы 10 = Аср0с0; с0=А0е /1(); N = еА/ 10; т0=2л/А, где