用于航空航天与武器装备的高精度、高稳定度、强冲击和极低转速的新型旋转超声电机的基础研究

Aiming at applications' requirements of ultrasonic motors at aerospace, weapons and other fields, the nonlinear characteristics of ultrasonic motors will be systematically studied through the optimal design of structure and material of the stator and rotor system, based on the existing technology of ultrasonic motor from the applicant and his research team. Further, the time-varying nonlinear rules of ultrasonic motor system can be discovered. Then, the drive and control theory/method for obtaining high precision, high stability, and hyperslow speed of ultrasonic motors can be provided. Finally, a new type of ultrasonic motor with performance of high precision, high stability, high impact resistance and hyperslow speed. It has characteristics of simple and compact structure, easy to fabrication, realizing: Location accuracy is higher than 1", position resolution is better than the 0.1"; Minimum speed can reach 15"/ s (equal to 1 r/day as well as the earth's rotation synchronization); The peak value of impact acceleration is no less than 16,000 g.

本项目针对航空航天、武器装备等领域对超声电机的要求与应用现状，以申请者以及团队现有的超声电机技术为基础，通过对超声电机定子和转子系统的结构和材料的优化设计，深入而系统地研究超声电机非线性,揭示超声电机系统的时变非线性规律, 提出超声电机系统高精度、高稳定度和极慢转速输出的驱动与控制理论和方法,研制出一种具有高精度、高稳定度、強冲击和极低转速的超声电机，并且结构简单、紧凑、制造方便, 实现：位置精度高于1”，位置分辨率优于0.1”; 稳定度接近编码器极限精度; 最低运动速度可达到15”/s±1.5”/s; 峰值冲击加速度不小于16000 g的超声电机.

本项目针对目前航空航天、武器装备等领域对超声电机的要求与应用现状，以现有超声电机技术为基础，通过利用有限元软件ADINA建立高过载下超声电机冲击动力学模型，对超声电机定子和转子系统的结构和材料进行优化设计；同时，建立了非线性模型，深入研究分析了超声电机非线性问题，并将其应用于其超声电机结构设计与控制系统；最后，基于具体的科研和实践，提出了超声电机系统高精度、高稳定度和极慢转速输出的驱动与控制理论和方法。研制出了一种具有高精度、高稳定度、极低转速和能扛受强冲击的超声电机及其驱动控制器，基本实现以下指标：①位置精度高于 1”，位置分辨率优于 0.1”； ②转速稳定度接近编码器极限精度（10rpm时，达1%）； ③最低运动速度 ≤ 平均每天旋转 1 转，与地球自转同步；④能扛受峰值冲击加速度不小于 16000 g 。