實驗名稱：兩自由度超聲電機性能測試與閉環(huán)控制實驗

　　研究方向：壓電驅(qū)動技術(shù)，兩自由度超聲電機的設計、機電耦合建模、性能測試及閉環(huán)控制研究

　　實驗目的：本實驗為驗證基于縱振和彎彎復合振動的兩自由度超聲電機的設計合理性，實現(xiàn)沿機械臂運行（直線運動）和驅(qū)動機械臂關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)（旋轉(zhuǎn)運動）的雙功能。測試超聲電機的阻抗特性、振動特性及機械輸出特性，為機電耦合數(shù)學模型提供實驗驗證。搭建閉環(huán)控制系統(tǒng)，通過PID控制實現(xiàn)超聲電機對速度階躍信號的精準跟蹤，奠定壓電驅(qū)動平臺精密定位的技術(shù)基礎(chǔ)。驗證超聲電機驅(qū)動機械臂的可行性，為工業(yè)機器人向高速、高精度、輕量化方向發(fā)展提供理論與技術(shù)支撐。

　　測試設備：超聲電機、信號發(fā)生器、ATA-4051高壓功率放大器、阻抗分析儀、測力矩扳手、光電編碼器、SIKO磁柵尺傳感器、PC等。

圖1超聲電機驅(qū)動控制示意圖

圖2超聲電機驅(qū)動控制實物圖

　　實驗過程：先加工組裝兩自由度超聲電機樣機并預緊，搭建基礎(chǔ)性能測試系統(tǒng)與Quanser閉環(huán)控制系統(tǒng)；隨后測試電機阻抗特性，分別在彎彎復合振動、縱振模式下，改變頻率、電壓幅值及負載，測試輸出速度；最后基于MATLAB/Simulink建立PID控制模型，給定階躍速度信號，通過磁柵尺反饋實現(xiàn)閉環(huán)控制并記錄數(shù)據(jù)。

　　實驗結(jié)果：阻抗測試顯示彎彎復合振動與縱振模式均有穩(wěn)定共振頻率，與仿真值存在微小偏差；機械輸出上，彎彎復合振動最大空載速度297.05mm/s，縱振模式（60°夾角）最大空載速度394.96mm/s，兩種模式30N負載下均有穩(wěn)定輸出；閉環(huán)控制中，縱振模式響應時間≤0.3s、穩(wěn)態(tài)誤差<5%，彎彎復合振動模式響應時間≤0.2s、穩(wěn)態(tài)誤差<3%，驗證了電機雙自由度運動及驅(qū)動機械臂的可行性。

　　產(chǎn)品推薦：ATA-4051C高壓功率放大器

圖：ATA-4051C高壓功率放大器指標參數(shù)

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