超声波机体带动扼制程序构架和摹拟

　　解析模型法Hagood提出的超声波电机的解析模型框图如所示。主要包括定子振动模型、界面接触模型及转子运动模型3个部分<8>.其振动模型多是从克希霍夫薄板理论的假设出发，其基本逻辑关系是应力、应变以及位移三者之间的力学函数；忽略次要因素，求解上述三者构成的力学方程式，从而获得行波USM定子振动和变形的理论方程，从电学激励的角度得到了激励电压矢量与定子振动的直接函数关系。定、转子接触的界面模型主要是对定转子间压力分布、动力传送、摩擦损耗等计算。在进行理论分析时，根据不同的近似程度有不同精度的模型。简化的模型是线接触库仑摩擦模型。这种模型假设定、转子在行波波峰处为刚性接触，定、转子之间为库仑摩擦，是一种简化的理想模型，在电机实际工作时并不会实现。

　　采用柔性转子，刚性定子的面接触库仑摩擦模型更符合实际接触状况，详细分析可见参考文献<9>.实际上电机运行过程中定、转子之间不仅仅是滑动，而是处于一种复杂的粘-滑交替变化状态，因此更为的接触模型是考虑对超声电机起动和负载特性有明显影响的粘着和打滑现象而建立摩擦界面模型。该仿真模型能够较为准确的反映电机稳态时的运行状态。转子运动模型主要依据轴向运动约束和旋转方向的运动平衡而建立。

　　三部分模型通过定、转子间的相互作用力联系在一起，构成整个电动机系统的运动分析模型<9>.解析法概念清晰，通过对超声波电机解析模型进行仿真计算，能够获得通常的电机性能参数，在指导电机分析和设计时应用广泛，是一种优化设计工具。但是由于目前的解析模型定子建模中压电机电常数的不确定性和接触界面的简化而引起了很大的误差，所以解析建模方法仍然还只是一个定性分析工具。

　　Hagood提出的超声波电机解析模型112等效电路建模法等效电路建模法是利用机电耦合关系把力学量表示为电学量<10-11>，把机械回路等效成电学网络，这样就可以利用成熟的电学线性和非线性理论对电机的工作特性进行分析。就是通过机电耦合关系建立的压电材料电路模型，并考虑转子的负载效应而得到的在谐振频率附近的某一固定频率点单相驱动的环形行波型超声波电机自由定子的等效电路。其中Cd为由压电陶瓷介电性引起的夹持电容，Lm为定子等效电感，Cm为定子弹性效应的等效电容，Rm为定子内机械损耗的等效电阻。参数可以通过对定子阻抗特性的实验测量获得<11>.应用等效电路分析法可以评估超声波电机定子的优劣，预先确定定子的共振频率，为驱动控制器的研制和调试提供依据，从而提高调试效率，减少调试时间。但等效电路中的电路元件缺乏足够明确的物理解释，而且一些重要的局部特性如应力、接触压力无法进行分析。所示模型没有考虑温度对电动机性能的影响，而超声波电机电气参数随外界变化的影响较大，如何准确地用电机参数反映外界环境对其性能的影响是等效电路模型进一步化的关键。

　　结语超声波电机驱动控制系统的建模与仿真对于系统的合理设计与实现具有重要意义。本文总结了超声波电机建模与仿真的发展现状，结论如下：（1）必要的数学模型和建立在模型基础上的理论分析是研究超声波电机驱动控制系统的一种重要手段。但超声电动机的结构与原理完全不同于传统电机，且参数时变，因而其数学模型难于建立，很难估计各种运行状态下的系统性能。

　　（2）在对超声波电机驱动控制系统进行研究时，应根据不同的研究重点选择合适有效的建模和仿真方法，也可根据需要综合运用多种方法进行建模与仿真分析。