本书是一本关于超声波电动机原理及其控制技术的专著,内容包括超声波电动机的原理、数学模型的建立方法、驱动技术和控制策略等。本书共分为6章,第1章为绪论,介绍了有关超声波电动机的概念、分类、特点、发展历史、研究现状和应用情况;第2章介绍了超声波电动机的运动机理;第3章介绍了超声波电动机的建模方法,并介绍了楔形和旋转式行波型超声波电动机的基于物理机理的数学模型;第4章介绍了超声波电动机的基于电压控制、相位控制和频率控制的三种驱动方式,并就变频控制的设计及误差问题作了分析;第5章介绍了超声波电动机的控制策略及其控制系统的设计方法;第6章根据超声波电动机的研究现状,介绍了超声波电动机本身及其控制方面需要进一步研究与解决的问题。
本书可供从事超声波电动机及其控制应用技术的研究工作者、科技人员和高等学校相关专业的教师阅读,特别适用于电气工程、自动控制和机械振动等专业的研究生、高年级本科生作为科研参考资料和教学参考书。

前言
1 绪论
1.1 超声波电动机的概念
1.2 超声波电动机的分类
1.3 超声波电动机的优缺点
1.4 超声波电动机的应用
1.5 超声波电动机的发展历史
1.6 超声波电动机的研究现状
2 超声波电动机的运动机理
2.1 压电效应与压电方程
2.2 行波型超声波电动机结构
2.3 行波型超声波电动机定子横向弯曲振动
2.4 行波型超声波电动机运行机理
3 超声波电动机的数学模型
3.1 超声波电动机的建模方法
3.2 楔形超声波电动机的数学模型
3.3 旋转式行波型超声波电动机的数学模型
3.4 直线式行波型超声波电动机的数学模型
4 超声波电动机的驱动方式
4.1 超声波电动机的驱动原理
4.2 超声波电动机的调压驱动方式
4.3 超声波电动机的移相驱动方式
4.4 超声波电动机的变频驱动方式
5 超声波电动机的控制
5.1 超声波电动机的控制策略综述
5.2 超声波电动机的基于PID控制策略的系统设计
5.3 超声波电动机的基于模糊控制策略的系统设计
5.4 超声波电动机的基于神经网络控制策略的系统设计
5.5 超声波电动机的基于遗传算法控制策略的系统设计
6 超声波电动机及其控制系统的发展与展望
6.1 超声波电动机需要解决的几个问题
6.2 超声波电动机控制需要解决的问题
参考文献

1 绪论
1.1 超声波电动机的概念
超声波电动机(Ultrasonic Motor,简称USM)是一种应用压电陶瓷材料的逆压电效应,把超声频率的交变电能转换成压电陶瓷的超声振动机械能,并通过摩擦驱动把压电陶瓷的机械振动能转换为运动机械能输出的新型直接驱动电动机。
与传统的电磁式电动机不同,USM没有电磁线圈和磁极,无需通过电磁感应原理产生机械运动力矩。超声波电动机一般由振动体(相当于传统电动机中的定子,由压电陶瓷和金属弹性材料制成)和移动体(相当于传统电动机中的转子,由弹性体和摩擦材料及塑料等制成)两部分组成。在振动体的压电陶瓷振子上施加高频交流电压时,利用逆压电效应或电致伸缩效应使定子在超声频段(频率为 20kHz以上)产生微观机械振动,并将这种振动通过共振放大和摩擦耦合变换成转子的旋转运动或直线运动。
所以,超声波电动机正常工作时离不开两个能量转换作用,即机电能量转换作用和摩擦能量转换作用。机电能量转换作用是指压电陶瓷的逆压电效应,即对压电陶瓷振子施加高频振荡电流时,使压电陶瓷振子以超声频率产生微观机械振动,通过弹性体的共振放大作用,促使弹性体产生超声频率的机械波动。摩擦转换作用是指弹性体(定子与压电陶瓷的合称)的超声频率的机械振动经过定子与转子工作面问的摩擦耦合作用,把弹性体的机械振动能量转化成转子的直线运动或旋转运动。
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