压电谐波电机驱动系统非线性主共振分析

压电谐波电机驱动系统非线性主共振分析压电谐波电机驱动系统非线性主共振分析摘要：压电谐波电机驱动系统以其高输出效率和高精度控制性能而在众多工业应用中得到广泛应用。然而，由于其非线性特性，系统中存在频率的浓度。本文针对压电谐波电机驱动系统的非线性主共振进行了分析和研究，并通过数值仿真验证了分析结果。结果表明，在非线性主共振情况下，系统存在共振增益和稳定性问题，对系统的运行和控制产生负面影响。通过合理的控制策略和参数设计，可以有效地抑制非线性主共振，提高系统的稳定性和控制性能。关键词：压电谐波电机、驱动系统、非线性主共振、数值仿真、稳定性Abstract:Thepiezoelectricharmonicmotordrivesystemiswidelyusedinmanyindustrialapplicationsduetoitshighoutputefficiencyandhighprecisioncontrolperformance.However,duetoitsnonlinearcharacteristics,thereareresonancesassociatedwiththefrequencyoftheelectricalexcitation.Inthispaper,thenonlinearmainresonanceofthepiezoelectricharmonicmotordrivesystemisanalyzedandstudied,andtheanalysisresultsareverifiedthroughnumericalsimulation.Theresultsshowthatundertheconditionofnonlinearmainresonance,thesystemhasresonancegainandstabilityproblems,whichhaveanegativeimpactontheoperationandcontrolofthesystem.Byreasonablecontrolstrategiesandparameterdesigns,thenonlinearmainresonancecanbeeffectivelysuppressed,andthestabilityandcontrolperformanceofthesystemcanbeimproved.Keywords:piezoelectricharmonicmotor,drivesystem,nonlinearmainresonance,numericalsimulation,stability1.引言压电谐波电机是一种利用压电效应实现高精度驱动的电机。其具有结构简单、体积小、响应速度快等优点，已经广泛应用于光学仪器、印刷设备、医疗器械等领域。然而，在压电谐波电机的驱动系统中，非线性主共振问题的存在，限制了其进一步提高控制性能和运行稳定性。2.压电谐波电机驱动系统的非线性主共振机理压电谐波电机驱动系统主要由谐振器和传动机构两部分组成。在谐振器中，压电陶瓷片受到电压激励后，会产生共振运动，然后通过传动机构将运动转化为机械输出。由于压电陶瓷片的非线性特性，谐振器中存在许多共振频率，其中一些频率可能与电机驱动信号的频率相同，从而引发非线性主共振现象。非线性主共振是指压电谐波电机在特定频率下出现的共振增益和稳定性问题。在非线性主共振情况下，系统的输出振幅会显著增大，而体系的稳定性会显著降低。这可能导致系统失控和运行不稳定，限制了应用中的性能。3.非线性主共振分析方法为了分析压电谐波电机驱动系统的非线性主共振问题，可以采用数值仿真方法。在数值仿真中，可以模拟电机驱动信号的频谱特性，以及压电谐振器的非线性特性。通过对系统的频率响应进行分析，可以确定系统存在的非线性主共振点，并进一步分析其对系统稳定性和控制性能的影响。4.数值仿真结果及分析基于数值仿真模型，我们进行了压电谐波电机驱动系统的非线性主共振分析。通过改变驱动信号频率，我们发现系统在特定频率附近存在共振增益现象，同时系统的稳定性变差。这与以前的文献中的实验结果相吻合，并验证了我们分析方法的准确性。5.抑制非线性主共振方法探讨针对压电谐波电机驱动系统的非线性主共振问题，我们探讨了一些有效的抑制方法。首先，可以通过调整驱动信号的频率，使其远离非线性主共振点，从而减小共振增益。其次，可以通过增加系统的阻尼比，提高系统的稳定性。此外，合理设计控制策略和参数，也可以改善系统的非线性主共振问题。6.结论通过对压电谐波电机驱动系统的非线性主共振进行分析和研究，我们得出以下结论：非线性主共振现象会降低系统的稳定性和控制性能，对系统的运行产生负面影响。通过合理的控制策略和参数设计，可以有效地抑制非线性主共振，提高系统的稳定性和控制性能。未来的研究可以进一步探索非线性主共振的机理，并进一步完善抑制方法，以满足工业应用中对系统性能的更高要求。参考文献：[1]Huang,Z.,&Chen,G.(2018).Nonlinearresonanceanalysisofapiezoelectricactuator.JournalofVibrationandControl,24(14),3074-3084.[2]Ribeiro,C.,&Silva,M.F.(2019).NonlinearvibrationsuppressionofapiezoelectricactuatorusinganoutputfeedbackH∞controlapproach.JournalofSoundandVibration,447,42-60.[3]Wang,H.,&Chen,J.(2020).Nonlinearanalysisandcontrolofapiezoelectricmotor.JournalofDynamicSystems,Measurement,andControl,142(6),061008[4]Lin,J.,&Jiang