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机电集成静电谐波传动偏心分析及控制

作　者: 石旭
导　师: 许立忠
学　校: 燕山大学
专　业: 机械设计及理论
关键词: 机电集成静电谐波传动 PID控制自由振动受迫振动机电耦合
分类号: TH132.43
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

机电集成静电谐波微传动系统是一种微型复合传动系统。当定子顺序通电后,由于电场力的作用,使转子柔轮产生周期性的弹性变形,当电场旋转一周后,转子会朝旋转电场相反的方向转动一定的角度,从而实现低速输出。柔轮偏心对机电集成静电谐波传动系统的动力学特性和工作性能有重要影响,因此柔轮偏心对于传动系统动态特性的影响规律及控制研究具有重要的理论意义。本文以施加电场力的柔轮为对象,根据弹性理论,推导了柔轮变形能、动能以及定子和柔轮之间电场能表达式,分析了偏心对柔轮静力学性能的影响规律,研究了偏心对机电集成静电谐波传动系统驱动力矩的影响规律。结果表明,系统偏心使驱动力矩明显下降。利用机械动力学理论,建立了柔轮的机电耦合动力学模型,在此基础上,分析了偏心对柔轮自由振动的影响规律。利用模态叠加法,分析了偏心对简谐激励下系统受迫振动的影响规律。结果表明,偏心使得系统的固有频率上升,振动幅值增加。完成了柔轮偏心控制系统的数学建模,确定了PID控制系统的控制参数,对比分析了开环与闭环控制系统的控制性能。建立了偏心柔轮控制系统的Simulink仿真模型,模拟了阶跃工作电压激励下的偏心控制过程,结果表明,采用PID控制器可以达到偏心调节的预期效果。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-9
第1章绪论  9-16
  1.1 引言  9
  1.2 MEMS 的发展及研究现状  9-13
    1.2.1 MEMS 发展历史  9-10
    1.2.2 MEMS 发展现状与前景  10-13
  1.3 谐波传动的发展及研究现状  13-14
  1.4 论文主要研究内容  14-16
第2章偏心微柔轮机电耦合静力学分析  16-38
  2.1 电场力的计算  16-18
  2.2 柔轮的力学平衡方程  18-22
    2.2.1 动力学方程  19-20
    2.2.2 几何方程  20-21
    2.2.3 弹性方程  21-22
  2.3 柔轮径向位移求解  22-24
  2.4 位移与电压关系求解  24-27
  2.5 结果分析  27-37
  2.6 本章小结  37-38
第3章偏心静电谐波传动系统驱动力矩分析  38-47
  3.1 静电谐波传动系统的工作原理  38-39
  3.2 驱动力矩分析  39-46
    3.2.1 扭矩求解  39-41
    3.2.2 结果分析  41-46
  3.3 本章小结  46-47
第4章偏心静电谐波传动系统振动分析  47-74
  4.1 自由振动分析  47-64
    4.1.1 自由振动方程  47-50
    4.1.2 固有频率求解  50-53
    4.1.3 结果分析  53-64
  4.2 受迫振动分析  64-73
    4.2.1 模态叠加法  64-67
    4.2.2 结果分析  67-73
  4.3 本章小结  73-74
第5章柔轮偏心PID 控制  74-84
  5.1 柔轮偏心PID 控制系统建模  74-77
  5.2 偏心调节PID 控制器设计  77-79
    5.2.1 传递函数求解  77-78
    5.2.2 PID 闭环控制模型  78-79
  5.3 仿真分析  79-83
    5.3.1 仿真技术及Simulink 仿真  79-80
    5.3.2 仿真模型的建立  80
    5.3.3 仿真结果  80-83
  5.4 本章小结  83-84
结论  84-85
参考文献  85-90
攻读硕士学位期间承担的科研任务与主要成果  90-91
致谢  91-92
作者简介  92

机电集成静电谐波传动偏心分析及控制

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