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超声电机(Ultrasonic Motor,简称USM)是近二十年发展起来的一种全新原理的电机,它利用压电陶瓷的逆压电效应和超声振动获得运动和力,并由电力电子技术进行控制,与传统电机相比,具有结构简单、功率密度大、可直接驱动、不受电磁干扰、断电自锁、良好的启停控制特性等优点,使得其在微型机械、精密定位、航空航天、精密机床等方面有广阔的应用前景。
本文旨在设计超声电机测试及分析系统,实现用LabVIEW软件对现有的超声电机进行各项主要性能指标如电压、电流、转速/位移等参量的测试,提高测试可靠性和准确性。
本文开展的主要研究工作和取得的成果如下:
(1)明确目前电机的性能测试现状和实际需求,确定出测试系统的设计方案和技术路线,概括出各项性能的定量和定性方法,设计了与数据采集卡的接口。
(2)系统的硬件平台选用USB技术的虚拟仪器,包括计算机、USB-6251数据采集卡、霍尔电压传感器、霍尔电流传感器、位移传感器、光电编码器,超声电机以及设计部分接口和放大电路。
(3)完成该测试系统软件的编制,实现电机电压与电流、转速/位移的实时测量,设计了测试系统主程序的四个功能模块,包括数据采集模块设计、文件管理模块设计、数据处理模块设计、结果显示模块设计,并对具体实现方法作了详细论述。
(4)经过对电压传感器和位移传感器的标定处理,利用搭建的测试系统平台,能够分别对旋转型、直线型超声电机进行瞬态测试,包括启动、运行和制动过程中的电压、电流有效值和瞬时值,频率值,位移,速度和加速度等参量,并能绘出其对应的曲线。从曲线上可以确定出超声电机的响应时间、稳态速度、加速度等,系统还能对采集到的数据进行数字滤波、FFT分析、相关分析、功率谱分析、谐波分析等数字信号处理,验证了系统的实用性。
试验证明,本系统结构简单,测试分析效果比较理想,具有一定的实用性和可行性。