用于太阳翼驱动机构的超声电机非线性动力学分析与自谐振控制方法

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    51905265
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    25.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    E0503.机械动力学
  • 结题年份:
    2022
  • 批准年份:
    2019
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2020-01-01 至2022-12-31

项目摘要

As the spacecraft requires better performance of the solar wing drive mechanism, there is an urgent need for new power sources and drive technologies. At present, ultrasonic motor, as a power source, has shown advantages in driving space mechanisms. However, the ultrasonic motor used in the solar wing drive mechanism adopts a sandwich structure, in which nonlinear vibration frequently happens due to its working principle, material, structure, and working conditions. Based on comprehensive consideration of the piezoelectric material, bolt connection, contact and friction between stators and movers, and other factors, this project aims to establish a nonlinear dynamic model for the sandwich ultrasonic motor; study the effect of parameters such as structure, material, and excitation signal on dynamic characteristics of the system, reveal the nonlinear dynamic characteristics of the motor, and locate the stability region of the parameter space; study the formation mechanism of self-excited vibration of the motor under mechanical-electrical coupling and clarify the operating principle of self-excited vibration of the motor. According to output signal shifting and amplifying, a positive feedback mechanism is established, the negative feedback is introduced for amplitude control, and a self-tuning and adaptive autoresonant drive control method is proposed to solve the nonlinear vibration control problem of the motor to achieve high efficiency, high stability, high precision and very low speed operation so as to support the entire optimization and performance improvement of the solar wing driving mechanism of the spacecraft. Therefore, this project is of great theoretical significance and engineering value.
随着对航天器太阳翼驱动机构性能指标的提高,迫切需求新型动力源和驱动技术。目前,超声电机作为动力源已显示出了在空间机构驱动方面的优势。然而,用于太阳翼驱动机构的超声电机采用夹心式结构,受自身工作原理、材料、结构以及工况影响,易发生非线性振动,严重影响系统效率、稳定性和可靠性。本项目综合考虑压电材料、螺栓连接和定动子接触摩擦等因素建立夹心式超声电机非线性动力学模型;研究结构、材料和激励信号等参数对系统动态特性的影响,揭示电机非线性动力学特性,探明参数空间的稳定性区域;研究力电耦合作用下电机自激振动形成机制,阐明电机自激振动运行原理;通过对输出信号进行移相和放大,建立正反馈机制,引入负反馈进行幅值控制,建立自调谐、自适应的电机自谐振驱动控制方法,解决电机非线性振动控制问题,实现电机高效率、高稳定性、高精度和极低速运行,支持航天器太阳翼驱动机构的整体优化和性能提升,具有重要的理论意义和工程价值。

结项摘要

为解决夹心式超声电机应用于航天器太阳翼驱动机构的非线性振动及高性能控制问题,开展了电机动力学建模、分析和驱动控制研究。针对定动子间摩擦、接触和间隙问题,建立了考虑表面粗糙度的定动子接触动力学模型,揭示了微幅振动与宏观运动转换机制和能量传递规律;针对目前航天设备轻量化需求,建立了考虑材料粘弹性的聚合物基夹心式超声电机定子动力学模型,为该类型电机设计和性能预测提供了基础。针对大电压激励下电机非线性问题,提出了基于等效电路方法的电机非线性动力学模型,采用拉格朗日动力学方法分析了系统非线性特性,揭示非线性振动对电机特性影响规律,并建立一套相应的非线性模型参数识别方法,分析了电机自激振动工作模式。研究了考虑非线性因素的电机调频、调相和调幅控制方式,提出了自谐振驱动控制方法,解决了大电压激励下电机幅频域的跳跃问题,设计了输出信号正反馈、幅值负反馈的电机自调谐、自适应的自谐振驱动控制电路,提高了电机性能,实现了电机高效率、高稳定度、高精度和极低速驱动控制。本项目相关研究有望在特殊轨道航天器和小卫星的太阳翼驱动机构中应用。

项目成果

期刊论文数量(8)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(1)
专利数量(6)
单相压电电机驱动的高精度孔径光阑设计
  • DOI:
    10.3969/j.issn.1004-132x.2022.20.003
  • 发表时间:
    2022
  • 期刊:
    中国机械工程
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    曹腾;李晓牛;王柏权;温智益;吴大伟
  • 通讯作者:
    吴大伟
A Design Method of Traveling Wave Rotary Ultrasonic Motors Driving Circuit under High Voltage Using Single-Sided Hertzian Contact Forced Oscillator Model.
采用单边赫兹接触强迫振荡器模型的高压行波旋转超声波电机驱动电路设计方法
  • DOI:
    10.3390/mi14010064
  • 发表时间:
    2022-12-26
  • 期刊:
    MICROMACHINES
  • 影响因子:
    3.4
  • 作者:
    Li, Xiaoniu;Huang, Tianlu;Zhao, Ning;Shen, Youtao;Huang, Jiada;Li, Xuan;Li, Jiayi;Yang, Lin
  • 通讯作者:
    Yang, Lin
Viscoelastic analytical model and design of polymer-based bimodal piezoelectric motor
聚合物基双峰压电电机的粘弹性分析模型与设计
  • DOI:
    10.1016/j.ymssp.2020.106960
  • 发表时间:
    2020-11-01
  • 期刊:
    MECHANICAL SYSTEMS AND SIGNAL PROCESSING
  • 影响因子:
    8.4
  • 作者:
    Cao, Teng;Li, Xiaoniu;Wu, Dawei
  • 通讯作者:
    Wu, Dawei
3D printing and dynamic modeling of a polymer-based bimodal piezoelectric motor
基于聚合物的双峰压电电机的 3D 打印和动态建模
  • DOI:
    10.1088/1361-665x/abccdb
  • 发表时间:
    2021-02-01
  • 期刊:
    SMART MATERIALS AND STRUCTURES
  • 影响因子:
    4.1
  • 作者:
    Li, Xiaoniu;Yu, De;Wu, Dawei
  • 通讯作者:
    Wu, Dawei
A CFRP/PZT laminated piezoelectric motor with high force density
高力密度CFRP/PZT叠层压电电机
  • DOI:
    10.1088/1361-665x/abff16
  • 发表时间:
    2021-07-01
  • 期刊:
    SMART MATERIALS AND STRUCTURES
  • 影响因子:
    4.1
  • 作者:
    Cao, Teng;Li, Xiaoniu;Wu, Dawei
  • 通讯作者:
    Wu, Dawei

数据更新时间:{{ journalArticles.updateTime }}

{{ item.title }}
{{ item.translation_title }}
  • DOI:
    {{ item.doi || "--"}}
  • 发表时间:
    {{ item.publish_year || "--" }}
  • 期刊:
    {{ item.journal_name }}
  • 影响因子:
    {{ item.factor || "--"}}
  • 作者:
    {{ item.authors }}
  • 通讯作者:
    {{ item.author }}

数据更新时间:{{ journalArticles.updateTime }}

{{ item.title }}
  • 作者:
    {{ item.authors }}

数据更新时间:{{ monograph.updateTime }}

{{ item.title }}
  • 作者:
    {{ item.authors }}

数据更新时间:{{ sciAawards.updateTime }}

{{ item.title }}
  • 作者:
    {{ item.authors }}

数据更新时间:{{ conferencePapers.updateTime }}

{{ item.title }}
  • 作者:
    {{ item.authors }}

数据更新时间:{{ patent.updateTime }}

其他文献

光阑用螺纹式超声电机的设计
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2014
  • 期刊:
    光学精密工程
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    李晓牛;周盛强
  • 通讯作者:
    周盛强
直线超声电机精密运动平台系统模型辨识
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2014
  • 期刊:
    机械与电子
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    曹会平;叶明;姚志远;李晓牛
  • 通讯作者:
    李晓牛
一种光阑用螺纹式空心超声电机
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2013
  • 期刊:
    振动.测试与诊断
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    李晓牛;周盛强
  • 通讯作者:
    周盛强

其他文献

{{ item.title }}
{{ item.translation_title }}
  • DOI:
    {{ item.doi || "--" }}
  • 发表时间:
    {{ item.publish_year || "--"}}
  • 期刊:
    {{ item.journal_name }}
  • 影响因子:
    {{ item.factor || "--" }}
  • 作者:
    {{ item.authors }}
  • 通讯作者:
    {{ item.author }}
empty
内容获取失败,请点击重试
重试联系客服
title开始分析
查看分析示例
此项目为已结题,我已根据课题信息分析并撰写以下内容,帮您拓宽课题思路:

AI项目思路

AI技术路线图

相似国自然基金

{{ item.name }}
  • 批准号:
    {{ item.ratify_no }}
  • 批准年份:
    {{ item.approval_year }}
  • 资助金额:
    {{ item.support_num }}
  • 项目类别:
    {{ item.project_type }}

相似海外基金

{{ item.name }}
{{ item.translate_name }}
  • 批准号:
    {{ item.ratify_no }}
  • 财政年份:
    {{ item.approval_year }}
  • 资助金额:
    {{ item.support_num }}
  • 项目类别:
    {{ item.project_type }}
{{ showInfoDetail.title }}

作者:{{ showInfoDetail.author }}

知道了

AI项目解读示例

课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
关闭
close
客服二维码