實(shí)驗(yàn)名稱：兩自由度超聲電機(jī)性能測(cè)試與閉環(huán)控制實(shí)驗(yàn)

研究方向：壓電驅(qū)動(dòng)技術(shù)，兩自由度超聲電機(jī)的設(shè)計(jì)、機(jī)電耦合建模、性能測(cè)試及閉環(huán)控制研究

實(shí)驗(yàn)?zāi)康模罕緦?shí)驗(yàn)為驗(yàn)證基于縱振和彎彎復(fù)合振動(dòng)的兩自由度超聲電機(jī)的設(shè)計(jì)合理性，實(shí)現(xiàn)沿機(jī)械臂運(yùn)行（直線運(yùn)動(dòng)）和驅(qū)動(dòng)機(jī)械臂關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)（旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)）的雙功能。測(cè)試超聲電機(jī)的阻抗特性、振動(dòng)特性及機(jī)械輸出特性，為機(jī)電耦合數(shù)學(xué)模型提供實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。搭建閉環(huán)控制系統(tǒng)，通過(guò)PID控制實(shí)現(xiàn)超聲電機(jī)對(duì)速度階躍信號(hào)的精準(zhǔn)跟蹤，奠定壓電驅(qū)動(dòng)平臺(tái)精密定位的技術(shù)基礎(chǔ)。驗(yàn)證超聲電機(jī)驅(qū)動(dòng)機(jī)械臂的可行性，為工業(yè)機(jī)器人向高速、高精度、輕量化方向發(fā)展提供理論與技術(shù)支撐。

測(cè)試設(shè)備：超聲電機(jī)、信號(hào)發(fā)生器、ATA-4051高壓功率放大器、阻抗分析儀、測(cè)力矩扳手、光電編碼器、SIKO磁柵尺傳感器、PC等。

圖1超聲電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制示意圖

圖2超聲電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制實(shí)物圖

實(shí)驗(yàn)過(guò)程：先加工組裝兩自由度超聲電機(jī)樣機(jī)并預(yù)緊，搭建基礎(chǔ)性能測(cè)試系統(tǒng)與Quanser閉環(huán)控制系統(tǒng)；隨后測(cè)試電機(jī)阻抗特性，分別在彎彎復(fù)合振動(dòng)、縱振模式下，改變頻率、電壓幅值及負(fù)載，測(cè)試輸出速度；最后基于MATLAB/Simulink建立PID控制模型，給定階躍速度信號(hào)，通過(guò)磁柵尺反饋實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制并記錄數(shù)據(jù)。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果：阻抗測(cè)試顯示彎彎復(fù)合振動(dòng)與縱振模式均有穩(wěn)定共振頻率，與仿真值存在微小偏差；機(jī)械輸出上，彎彎復(fù)合振動(dòng)最大空載速度297.05mm/s，縱振模式（60°夾角）最大空載速度394.96mm/s，兩種模式30N負(fù)載下均有穩(wěn)定輸出；閉環(huán)控制中，縱振模式響應(yīng)時(shí)間≤0.3s、穩(wěn)態(tài)誤差<5%，彎彎復(fù)合振動(dòng)模式響應(yīng)時(shí)間≤0.2s、穩(wěn)態(tài)誤差<3%，驗(yàn)證了電機(jī)雙自由度運(yùn)動(dòng)及驅(qū)動(dòng)機(jī)械臂的可行性。

產(chǎn)品推薦：ATA-4051C高壓功率放大器

圖：ATA-4051C高壓功率放大器指標(biāo)參數(shù)

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審核編輯 黃宇