压电驱动技术及压电驱动器的应用研究
《驱动电机及控制技术》课程标准-电气自动化专业
《电机驱动技术》课程标准 一、课程基本信息 二、课程定位与作用 （一）课程定位 《电机驱动技术》课程的开设是通过深入企业调研，与专业指导委员会专家共同论证，根据工作任务与职业能力分析，以必须、够用为度，以掌握知识、强化应用、培养技能为重点，以机电一体化相关工作任务为依据设置本课程。 （二）课程的作用 《电机驱动技术》课程是机电一体化专业必修的一门专业核心课程。是在电工电子、电力拖动等课程基础上，开设的一门综合性较强的核心课程，其任务是使学生掌握常用电动机的结构及其控制方法，培养学生对常用电动机的结构原理分析及控制策略的设计能力；对学生进行职业意识培养和职业道德教育，提高学生的综合素质与职业能力，增强学生适应职业变化的能力，为学生职业生涯的发展奠定基础。 三、课程设计理念 《电机驱动技术》课程的设计以生产实际中的具体案例为主，其服务目标是以就业为导向，以能力为本位，以素质为基础。注重实用性，坚持以实为本，避开高深理论推导和内部电路的过细研究，适当降低理论教学的重心，删除与实际工作关系不大的繁冗计算，注重外部特性及连线技能，同时兼顾对学生素质、能力的培养，做到既为后续课程服务，又能直接服务于工程技术应用能力的培养。 四、课程目标 学生通过学习《电机驱动技术》课程，使学生能掌握机电设备常使用的几种电动机--直流电动机、交流感应电动机、交流永磁电动机和开关磁阻电动机的结构、原理及应用以及驱动电动机的结构及其控制方法。熟悉电机调速、分析及控
制。结合生产生活实际，培养学生对所学专业知识的兴趣和爱好，养成自主学习与探究学习的良好习惯，从而能够解决专业技术实际问题，养成良好的工作方法、工作作风和职业道德。 【知识目标】 掌握驱动电机的结构原理及应用，掌握功率变换器电路及其应用技术，驱动电机控制技术及新型电机的结构特点与选用。 【能力目标】 能对对驱动电机各种控制电路进行选择、应用和设计，能够准确描述各种电机控制技术的控制原理及特点，并针对不同电机选用不同的控制方式。 【素质目标】 能整体把握驱动电机及控制技术的应用及在日后的工作中解决实际问题。培养学生实事求是的作风和创新精神，培养学生综合运用所学知识分析问题和解决问题的能力，培养学生一丝不苟的工作作风和良好的团队协作精神。 五、课程内容设计 根据学院对机电一体化专业人才培养方案的要求，结合就业岗位的技能需求，按照职业教育理念，本课程设计了三个教学项目，具体内容如下：
压电陶瓷材料及应用
压电陶瓷材料及应用 一、概述 1.1电介质 电介质材料的研究与发展成为一个工业领域和学科领域，是在20世纪随着电气工业的发展而形成的。国际上电介质学科是在20世纪20年代至30年代形成的，具有标志性的事件是：电气及电子工程师学会（IEEE）在1920年开始召开国际绝缘介质会议，以后又建立了相应的分会（IEEE Dielectric and Electrical Insulation Society）。美国MIT建立了以Hippel教授为首的绝缘研究室。苏联列宁格勒工学院建立了电气绝缘与电缆技术专业，莫斯科工学院建立了电介质与半导体专业。特别是德国德拜教授在20世纪30年代由于研究了电介质的极化和损耗特性与其分子结构关系获得了诺贝尔奖，奠定了电介质物理学科的基础。随着电器和电子工程的发展，形成了研究电介质极化、损耗、电导、击穿为中心内容的电介质物理学科。 我国电介质领域的发展是在1952年第一个五年计划制定和实行以来，电力工业和相应的电工制造业得到迅速发展，这些校、院、所、首先在我国开展了有关电介质特性的研究和人才的培养，并开出了“电介质物理”、“电介质化学”等关键专业课程，西安交大于上海交大、哈尔滨工大等院校一道为我国培养了数千名绝缘电介质专业人才，促进了我国工程电介质的发展。80年代初中国电工技术学会又建立了工程电介质专业委员会。 近年来，随着电子技术、空间技术、激光技术、计算机技术等新技术的兴起以及基础理论和测试技术的发展，人们创造各种性能的功能陶瓷介质。主要有： （1）、电子功能陶瓷如高温高压绝缘陶瓷、高导热绝缘陶瓷、低热膨胀陶瓷、半导体陶瓷、超导陶瓷、导电陶瓷等。 （2）、化学功能陶瓷如各种传感器、化学泵等。 （3）、电光陶瓷和光学陶瓷如铁电、压电、热电陶瓷、透光陶瓷、光色陶瓷、玻璃光纤等。（电介质物理——邓宏）
驱动电机与控制技术技术试卷(A)
院 年 学期新能源汽车驱动电机技术课程试卷 共 3 页第 1 页题次 一 二 三 四 总分 得分 第一部分.概念辨析模块 请判断下列说法是否正确，正确在括号内画“√”，错误则在括号内画“×” （共25分，每空1分） （ ）1、新能源汽车要求驱动电机体积小、质量轻，具有高可靠性和寿命长。 （ ）2、新能源汽车无需要求驱动电机全速段高效运行。 （ ）3、电机驱动系统一般由电动机、功率变换器、传感器和控制器组成。 （ ）4、直流电机一般具有电刷装置和换向器。 （ ）5、电刷装置的作用是把直流电压、直流电流引入或引出。 （ ）6、磁导率是表示物质导磁性能的参数。 （ ）7、直流电机的工作原理是通电直导线在磁场中受力。 （ ）8、交流异步电机的工作原理是由三相交流电在定子绕组中产生旋转磁场，从而在鼠笼中产生感应电流，从而在磁场中受力。 （ ）9、永磁同步电机的工作原理是通过电子开关电路产生旋转磁场，转子根据磁阻最小的原理进行旋转。 （ ）10、无刷直流电机的工作原理是通过电子开关产生旋转磁场，转子跟随磁场旋转。 （ ）11、开关磁阻电机的工作原理是三相交流电在定子绕组中产生旋转磁场，由永磁铁构成的转子跟随旋转磁场旋转。 （ ）12、直流电机调速性能好，启动转矩大。 （ ）13、直流电机控制复杂，易磨损。 （ ）14、交流异步电机具有高可靠性，制造成本高。 （ ）15、无刷直流电机无换向器和电刷，结构简单牢固，尺寸和质量小，基本免维护。 （ ）16、开关磁阻电机一般定子凸极比转子凸极少两个。 （ ）18、开关磁阻电机的成本相对而言最低。 （ ）19、功率二极管基本结构和工作原理与电子电路中的二极管都是相同的。 （ ）20、占空比指的是电力电子开关的导通时间与开关周期之比。 （ ）21、直流斩波电路只有降压斩波电路。 （ ）22、PWM 整流电路采用脉冲宽度调制控制，能够实现电能双向变换。 （ ）23、轮毂电机结构简单、布置灵活，车辆的空间利用率高，传动系统效率高。 （ ）24、开关磁阻电机的噪音较大。 （ ）25、永磁同步电机和无刷直流电机的转子结构相似，都是由永磁铁组成。 第二部分.基本知识模块 下列题目只有一个正确答案，请选择正确答案并将代码填写在括号里。 （共15分，每题1分） 1.交流异步电机的转速为（ ）r/min 。 A 4000-6000 B 12000-15000 C 4000-10000 D >15000 2.永磁同步电机的转速为（ ）r/min 。 A 4000-6000 B 12000-15000 C 4000-10000 D >15000 3.磁通所通过的路径称为（ ） A 磁感线 B 磁场强度 C 磁路 D 磁阻 4.用于制造永久磁铁和扬声器的磁钢的是（ ）。 A 硬磁材料 B 软磁材料 C 矩磁材料 D 普通材料 5.用于制造计算机中磁存储元件的磁芯、磁棒和磁膜等的是（ ）。 A 硬磁材料 B 软磁材料 C 矩磁材料 D 普通材料 6.用于制造电动机、变压器和继电器的铁芯的是（ ）。 A 硬磁材料 B 软磁材料 C 矩磁材料 D 普通材料 7.右图的电路符号所示为（ ）。 A 功率二极管 B 功率MOSFET C IGBT D GTR 8.功率MOSFET 指的是( )。 系 班 级 姓 名 学 号 命题教师 教研室负责人 系 负责人 试卷类型 A ………………………………………密封线………………………………………密封
步进电机驱动及控制专业技术解答
步进电机驱动及控制技术解答 1.步进电机为什么要配步进电机驱动器才能工作？ 步进电机作为一种控制精密位移及大范围调速专用的电机, 它的旋转是以自身固有的步距角角（转子与定子的机械结构所决定）一步一步运行的, 其特点是每旋转一步，步距角始终不变，能够保持精密准确的位置。所以无论旋转多少次，始终没有积累误差。由于控制方法简单，成本低廉，广泛应用于各种开环控制。步进电机的运行需要有脉冲分配的功率型电子装置进行驱动, 这就是步进电机驱动器。它接收控制系统发出的脉冲信号，按照步进电机的结构特点，顺序分配脉冲，实现控制角位移、旋转速度、旋转方向、制动加载状态、自由状态。控制系统每发一个脉冲信号, 通过驱动器就能够驱动步进电机旋转一个步距角。步进电机的转速与脉冲信号的频率成正比。角位移量与脉冲个数相关。步进电机停止旋转时，能够产生两种状态：制动加载能够产生最大或部分保持转矩（通常称为刹车保持，无需电磁制动或机械制动）及转子处于自由状态（能够被外部推力带动轻松旋转）。步进电机驱动器必须与步进电机的型号相匹配。否则将会损坏步进电机及驱动器。 2.什么是驱动器的细分？运行拍数与步距角是什么关系？ “细分”是针对“步距角”而言的。没有细分状态，控制系统每发一个步进脉冲信号，步进电机就按照整步旋转一个特定的角度。步进电机的参数，都会给出一个步距角的值。如110BYG250A型电机给出的值为0.9°/1.8°（表示半步工作时为0.9°、整步工作时为1.8°），这是步进电机固有步距角。通过步进电机驱动器设置的细分状态，步进电机将会按照细分的步距角旋转位移角度，从而实现更为精密的定位。以110BYG250A电机为例，列表说明： 可以看出，细分数就是指电机运行时的真正步距角是固有步距角(整步）的几分指一。例如，驱动器工作在10细分状态时，其步距角只有步进电机固有步距角的十分之一。当驱动器工作在不细分的整步状态时，控制系统每发一个步进脉冲，步进电机旋转1.8°；而用细分驱动器工作在10细分状态时，电机只转动了0.18°。其实，细分就是步进电机按照微小的步距角旋转，也就是常说的微步距控制。当然，不同的场合，有不同的控制要求。并不是说，驱动步进电机必须要求细分。有些步进电机的步距角设计为3.6°、7.5°、15°、36°、180°，就是为了加大步距角，以适应特殊的工况条件。细分功能，只由驱动器采用精确控制步进电机的相电流方法，与步进电机的步距角无关，而与步进电机实际工作状态相关。 运行拍数与驱动器细分的关系是：运行拍数指步进电机运行时每转一个齿距所需的脉冲数。例如：110BYG250A电机有50个齿，如果运行拍数设置为160，那么步进电机旋转
变频驱动与控制技术介绍.
变频驱动技术 绪论 以交流(直流电动机为动力拖动各种生产机械的系统我们称之为交流(直流调速系统,也称交流(直流电气拖动系统。变频调速技术是交 流电气传动系统的一种。 目的 根据设备和工艺的要求通过改变电动机速度或输出转矩改变终端设备的速度或输出转矩。 意义 序号意义有代表意义的行业或设备 1节能风机、水泵、注塑机 2提高产品质量机床、印刷、包装等生产线 3改善工作环境电梯、中央空调 注:并不是所有的设备使用调速装置后都可以节能 调速系统构成 中间传动机构 交流电源输入 终端机械 交流电机
直流调速装置 直流输出 皮带轮、齿轮箱等风机、泵等 直流电机 交流调速装置 交流输出 执行机构 变频器 交、直流调速系统的特点 直流调速系统特点: ●控制对象:直流电动机 ●控制原理简单,一种调速方式●性能优良,对硬件要求不高●电机有换向电刷(换向火化●电机设计功率受限 ●电机易损坏,不适应恶劣现场●需定期维护交流调速系统特点: ●控制对象:交流电动机 ●控制原理复杂,有多种调速方式●性能较差,对硬件要求较高 ●电机无电刷,无换向火化问题●电机功率设计不受限 ●电机不易损坏,适应恶劣现场●基本免维护
国内调速技术现状 (1晶闸管交流器和开关断器件(DJT、IGBT、VDMOS斩波器供电的直流调速设备。 随着交流调速的发展,该设备在缩减,但由于我国旧设备改造任务多,以及它在几百至一千多kW范围内价格比交流调速低得多,所以在短期内有一定市场。国产设备能满足需要,部分出口。自行开发的控制器多为模拟控制,近年来主要采用进口数字控制器配国产功率装置。 (2IGBT等逆变器供电的交流变频调速设备。这类设备的市场很大,总容量占的比例不 大,但台数多,增长快,应用范围从单机扩展到全生产线,从简单的V/f控制到高性能的矢量控制。约有50家工厂和公司生产,其中合资企业占很大比重。 (3负载换流式电流型晶闸管逆变器供电的交流变频调速设备。这类产品在抽水蓄水能电
新型压电步进型精密直线驱动器
第!"卷!第"期#$$%年&月!!!!!!!!!!!光学精密工程!’()*+,-./012+*,*3.4.5*.221*.5!!!!!!!!6378!"!938"!!: ;.8#$$%!!收稿日期! #$$%<$#<$&"修订日期!#$$%<$=#=O ##$$%$$"<$#>!<$P 新型压电步进型精密直线驱动器 刘国嵩!赵宏伟!曾平!程光明!杨志刚 "吉林大学机械科学与工程学院!吉林长春!"$$#%# 摘要!以压电叠堆为驱动元件&设计了新型的步进型精密直线驱动器’驱动器由于设计了独特的双侧对称箝位结构&可以利用精调斜块准确调整箝位面与动子的配合间隙&同时采用整体加工的柔性结构&保证了工作的稳定性和准确性’应用有限元分析方法对步进型精密直线驱动器进行了力学分析&并进行了大量的试验研究’试验测试结果表明(驱动器的分辨率达到=$.@)行程!?@@) 驱动速度达到&@@*@*.&可牵引!%$5的载荷’ 关!键!词!直线驱动器!压电叠堆!柔性铰链!精密驱动!有限元分析 中图分类号!J B P $"8&"J 9"?=!!文献标识码!R O .;-46.9,1601230->60-991$8 41$-3/91-E .-4-20/12320=30./I Q D A ;3<,3.5&e B R ’B 3.5
关于压电微型驱动器在微机电系统方面的应用总述
关于压电微型驱动器在微机电系统方面的应用 冯盼盼 （上海大学机械自动化学院精密仪器及机械系上海） 摘要：为了更好的实现压电微型驱动器在微机电系统方向的应用，而进行的有关其结构、工作原理的探讨及其在社会科学领域等各方面的应用和最新进展等的研究。首先介绍了微机械技术的发展，然后说明了压电微型传感器的构造、工作原理以及微机电系统的相关信息，最后着重介绍压电微型驱动器与微机电系统相联系的若干应用，得出结论压电微型驱动器有着与微机电系统相匹配的结构及功能特性，有着广阔的发展前景。 关键词：压电微型驱动器；微机电系统；控制 Application about miniature piezoelectric drives in electromechanical systems FENG Pan-pan （School of Mechatronics Engineering and Automation, Shanghai University, Shanghai 200072, China） Abstract:In order to better realize the piezoelectric micro drive in the direction of micro-electromechanical systems, and explore about its structure, working principle and its application in the social sciences and the latest progress of the study. The development of micro-mechanical technology is first introduced, and then introduce miniature piezoelectric sensor structure, working principle, as well as information about micro-electro-mechanical systems, and finally focuses on a number of associated applications of piezoelectric micro drives and microelectromechanical systems, concluded that piezoelectric micro drives have the same match of the structural and functional characteristics with micro-electro mechanical systems and has broad prospects for development. Key words:Piezoelectric micro drive; micro-electro mechanical systems; control 1 引言 80 年代后期崛起的微机械技术对于国民经济和国防科技的未来发展将有着重要的意义，已成为国际上的一个热门课题。微机械的含义包括了结构尺寸或运动操作尺度从数毫米到纳米量级范围内的微小机电装置。它的研究将涉及: ①微机构的设计、选材、加工及装配技术的研究; ②微驱动器、微传感器、微控制器的研制; ③微机械系统技术(运动的控制、能量的供给及传输等)的研究; ④微细几何量、机械量的测试技术的研究等诸方面。其中微驱动器既可构成微机械的动力部分,亦可成为微机械的操作或执行机构。所以说，微驱动器是微机械技术研究的核心内容。国内外的著名大学和实验室都将有关微驱动器的设计、加工制造技术、测控技术等的研究作为微机械研究的一个重点方向和突破口。 微驱动器作为一种换能器，它将电、光、热等多种形式的能量转换成为机械能输出。因此,它有多种不同的工作原理和结构形式。若从能量转换形式分类,有静电驱动、电磁驱动、压电驱动、形状记忆合金驱动、光驱动、凝胶驱动、热驱动以及超导驱动等形式。若按其输出运动的形式分类,则有线位移式、回转式和尺蠖式等。 微机电系统是微电路和微机械按功能要求在芯片上的集成，尺寸通常在毫米或微米级，自八
压电陶瓷及其应用
压电陶瓷及其应用 一. 概述 压电陶瓷是一种具有压电效应的多晶体，由于它的生产工艺与陶瓷的生产工艺相似（原料粉碎、成型、高温烧结）因而得名。 某些各向异性的晶体，在机械力作用下，产生形变，使带电粒子发生相对位移，从而在晶体表面出现正负束缚电荷，这种现象称为压电效应。晶体的这种性质称为压电性。压电性是J·居里和P·居里兄弟于1880年发现的。几个月后他们又用实验验证了逆压电效应、即给晶体施加电压时，晶体会产生几何形变。 1940年以前，只知道有两类铁电体（在某温度范围内不仅具有自发极化，而且自发极化强度的发向能因外场强作用而重新取向的晶体）：一类是罗息盐和某些关系密切的酒石酸盐；一类是磷酸二氢钾盐和它的同品型物。前者在常温下有压电性，技术上有使用价值，但有易溶解的缺点；后者要在低温（低于—14 C）下才有压电性，工程使用价值不大。 1942-1945年间发现钛酸钡（BaTiO）具有异常高的介电常数，不久又发现它具有压电性，BaTi O压电陶瓷的发现是压电材料的一个飞跃。这以前只有压电单晶材料，此后出现了压电多晶材料——压电陶瓷，并获得广泛应用。1947年美国用BaTiO陶瓷制造留声机用拾音器，日本比美国晚用两年。BaTiO存在压电性比罗息盐弱和压电性随温度变化比石英晶体大的缺点。 1954年美国B·贾菲等人发现了压电PbZrO-PbTiO(PZT)固溶体系统，这是一个划时代大事，使在BaTiO时代不能制作的器件成为可能。此后又研制出PLZT透明压电陶瓷，使压电陶瓷的应用扩展到光学领域。
迄今，压电陶瓷的应用，上至宇宙开发，下至家庭生活极其广泛。 我国对压电陶瓷的研究始于五十年代末期，比国外晚10年左右，目前在压电陶瓷的试制、工业生产等方面都已有相当雄厚力量，有不少材料已达到或接近国际水平。 二. 压电陶瓷压电性的物理机制 压电陶瓷是一种多晶体，它的压电性可由晶体的压电性来解释，晶体在机械力作用下，总的电偶极矩（极化）发生变化，从而呈现压电现象、因此压电性与极化，形变等有密切关系。 1. 极化的微观机理 极化状态是电场对电介质的荷电质点产生相对位移的作用力与电荷间互相吸引力的暂时平衡统一的状态。极化机理主要有三种。 （1）电子位移极化——电介质的原子或离子在电场力作用下，带正电原子核与壳层电子的负电荷中心出现不重合。 （2）离子位移极化——电介质正、负离子在电场力作用下发生相对位移，从而产生电偶极矩。 （3）取向极化——组成电介质的有极分子，有一定的本征（固有）电矩，由于热运动，取向无序，总电矩为零，当外加电场时，电偶极矩沿电场方向排列，出现宏观电偶极矩。 对于各向异性晶体，极化强度与电场存在有如下关系 m，n=1，2，3 式中为极化率，或用电位移写成：
【CN209389958U】主动抑制寄生运动原理压电驱动器回退运动的装置【专利】
(19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)实用新型专利 (10)授权公告号 (45)授权公告日 (21)申请号 201920351683.3 (22)申请日 2019.03.20 (73)专利权人 唐金岩 地址 130000 吉林省长春市人民大街5988 号 (72)发明人 唐金岩 范昊寅 李涛 郭文鑫 杨晓峰 刘佳慧 黄虎 (74)专利代理机构 吉林长春新纪元专利代理有 限责任公司 22100 代理人 王怡敏 (51)Int.Cl. H02N 2/02(2006.01) (ESM)同样的发明创造已同日申请发明专利 (54)实用新型名称主动抑制寄生运动原理压电驱动器回退运动的装置(57)摘要本实用新型涉及一种主动抑制寄生运动原理压电驱动器回退运动的装置，属于精密机械领域。装置包括基座、动子单元、驱动单元、预压力调整单元。动子单元安装在基座的凸台上；预压力调整单元通过螺钉固定在基座上；驱动单元通过螺钉安装在预压力调整单元上，分别用以实现动子的自由移动，初始间隙和预压力的调整以及主动抑制回退现象的协同运动生成。优点在于：可显著抑制回退运动，实现理想的步进运动，并能一定程度上消除系统非线性产生的影响，便于后续精密控制。在精密和超精密定位、精密测量、精密加工装配、生物遗传工程和材料表面性能检 测等领域有着广阔的应用前景。权利要求书1页 说明书4页 附图6页CN 209389958 U 2019.09.13 C N 209389958 U
权 利 要 求 书1/1页CN 209389958 U 1.一种主动抑制寄生运动原理压电驱动器回退运动的装置，其特征在于：包括基座（1）、动子单元、驱动单元、预压力调整单元，动子单元安装在基座（1）的凸台上，预压力调整单元通过螺钉固定在基座（1）上，驱动单元通过螺钉（8）安装在预压力调整单元上，分别实现动子的自由移动，初始间隙和预压力的调整以及主动抑制回退现象的协同运动生成。 2.根据权利要求1所述的主动抑制寄生运动原理压电驱动器回退运动的装置，其特征在于：所述的驱动单元包括驱动铰链（9）、驱动压电叠堆（7）、楔块a（4）、提升压电叠堆（3）、楔块b（2），所述驱动压电叠堆（7）和提升压电叠堆（3）分别通过楔块a（4）和楔块b（2）预紧安装在驱动铰链（9）中；通过给驱动压电叠堆（7）与提升压电叠堆（3）施加协同驱动电信号，实现主动抑制寄生运动原理压电驱动器回退运动的功能。 3.根据权利要求1所述的主动抑制寄生运动原理压电驱动器回退运动的装置，其特征在于：所述的动子单元由导轨（5）、滑块（6）组成，导轨（5）通过螺钉固定在基座（1）上，滑块（6）在驱动单元产生的驱动力作用下沿着导轨（5）直线移动。 4.根据权利要求1所述的主动抑制寄生运动原理压电驱动器回退运动的装置，其特征在于：所述的预压力调整单元包括粗调整机构（10）、螺钉（8），通过调整预压力调整单元，调节驱动单元与动子单元之间的初始间隙和预压力。 2
电动车驱动电机和控制技术综述
电动车驱动电机及其控制技术综述 摘要：简述了电动车驱动系统及特点，在此基础上详细分析并比较了电动车主要电气驱动系统，着重介绍了一种深埋式永磁同步电动机及其控制系统，最后简要概述了电动车电气驱动系统的发展方向。 1 概述 电动车是一种安全、经济、清洁的绿色交通工具，不仅在能源、环境方面有其独特的优越性和竞争力，而且能够更方便地采用现代控制技术实现其机电一体化的目标，因而具有广阔的发展前景。 现有电动车大致可以分为以下几个主要部分：蓄电池、电池管理、充电系统、驱动系统、整车管理系统及车体等。驱动系统为电动车提供所需的动力，负责将电能转换成机械能。无论何种电动车的驱动系统，均具有基本相同的结构，都可以分成能源供给子系统、电气驱动子系统、机械传动子系统三部分，其中电气驱动子系统是电动车的心脏，主要包括电动机、功率电子元器件及控制部分。如图1所示。 其中，电动车驱动系统均具有相同或相似的功能模块，如图2所示。 2 电动车电气驱动系统比较 电动机的类型对电气驱动系统以及电动车整体性能影响非常大，评价电动车的电气驱动系统实质上主要就是对不同电动机及其控制方式进行比较和分析。目前正在应用或开发的电动车电动机主要有直流电动机、感应电动机、永磁无刷电动机、开关磁阻电动机四类。由这四类电动机所组成的驱动系统，其总体比较如下表所示。 电动车电气驱动系统用电动机比较表 下面分别对这几种电气驱动系统进行较为详细地分析和阐述。 2.1 直流驱动系统
直流电动机结构简单，具有优良的电磁转矩控制特性，所以直到20世纪80年代中期，它仍是国内外的主要研发对象。而且，目前国内用于电动车的绝大多数是直流驱动系统。 但普通直流电动机的机械换向结构易产生电火花，不宜在多尘、潮湿、易燃易爆环境中使用，其换向器维护困难，很难向大容量、高速度发展。此外，电火花产生的电磁干扰，对高度电子化的电动汽车来说将是致命的。此外，直流电动机价格高、体积和重量大。随着控制理论和电力电子技术的发展，直流驱动系统与其它驱动系统相比，已大大处于劣势。因此，目前国外各大公司研制的电动车电气驱动系统已逐渐淘汰了直流驱动系统。 2.2 感应电动机驱动系统 2.2.1 感应电动机 电动车感应电动机与一般感应电动机相比较具有以下特征： （1）稳定运行时，与一般感应电动机工况相似。 （2）驱动电动机没有一般感应电动机的起动过程，转差率小，转子上的集肤效应不明显。 （3）运行频率不是50hz，而是远远在此之上。 （4）采用变频调速方式时，转速与极数之间没有严格对应关系。 为此，电动车感应电动机设计方面如下特点： （1）尽力扩大恒转矩区，使电动机在高速运转时也能有较高转矩。而要提高转矩，则需尽量减小定转子之间的气隙，同时减小漏抗。 （2）更注重电动机的电磁优化设计，使转矩、功率和效率等因素达到综合最优。 （3）减少重量、体积，以增加与车体的适配性。 2.2.2 控制技术 应用于感应电动机的变频控制技术主要有三种：v/f控制、转差频率控制、矢量控制。20世纪90年代以前主要以pwm方式实现v/f控制和转差频率控制，但这两种控制技术因转速控制范围小，转矩特性不理想，而对于需频繁起动、加减速的电动车不太适宜。近几年
压电陶瓷的特性及应用举例
压电陶瓷的特性及应用举例 芯明天压电陶瓷以PZT锆钛酸铅材料为主，主要利用压电陶瓷的逆压电效应，即通过对压电陶瓷施加电场，压电陶瓷产生纳米级精度的致动位移。 芯明天压电陶瓷 Δ压电效应 压电效应可分为正压电效应和逆压电效应。正压电效应是指压电陶瓷受到特定方向外力的作用时，在压电陶瓷的正负极上产生相反的电荷，当外力撤去后，又缓慢恢复到不带电的状态；逆压电效应是指在对压电陶瓷的极化方向上施加电压，压电陶瓷会随之发生形变位移，电场撤去后，形变会随之消失。
Δ纳米级分辨率 压电陶瓷的形变量非常小，一般都小于1%，虽然形变量非常小，但可通过改变电场强度非常精确地控制形变量。 压电陶瓷是高精度致动器，它的分辨率可达原子尺度。在实际使用中，压电陶瓷的分辨 率通常受到产生电场的驱动控制器的噪声和稳定性的限制。 Δ大出力 压电陶瓷产生的最大出力大小取决于压电陶瓷的截面积，对于小尺寸的压电陶瓷，出力 通常达到数百牛顿的范围，而对于大尺寸的压电陶瓷，出力可达几万牛顿。
Δ响应时间快 《驱动电机及控制技术》教学大纲 一、授课对象 本课程适用于汽车服务系新能源汽车制造与装配专业（中、高级）班三年制 二、课程学时 总学时108课时，6课时/周，1学期授完。 三、课程的任务和目的 本课程是中等职业学校电子技术应用与维修专业教材，是一门机电类专业课程。其任务是：使学生掌握常用电动机的结构及其控制方法，培养学生对常用电动机的维护、保养与检修的技能和解决实际问题的能力；对学生进行职业意识培养和职业道德教育，提高学生的综合素质与职业能力，增强学生适应职业变化的能力，为学生职业生涯的发展奠定基础。 本课程目的是：使学生能掌握电动类、制冷类日用电器中主要使用的三种电动机——单相异步电动机、直流电动机和单相串励电动机的结构、原理及应用，以及电动类、制冷空调类电器专用电动机的结构及其控制方法。熟悉对上述电动机进行维护、保养与检修。结合生产生活实际，培养学生对所学专业知识的兴趣和爱好，养成自主学习与探究学习的良好习惯，从而能够解决专业技术实际问题，养成良好的工作方法、工作作风和职业道德。 四、课程内容和要求 第一章：直流电动机 8课时 1．教学内容： 第一节：直流电动机的结构和分类 第二节：直流电动机的工作原理与运行特性 第三节：直流电动机的起动、反转和调速。 2．教学要求与建议：了解直流电动机的基本结构和分类，掌握直流电动机 的基本工作原理，理解直流电动机的起动、反转、调速的原理和方法，初步了解 直流电动机常见故障的检修方法。 第二章：单相异步电动机 10课时 1.教学内容： 第一节：异步电动机的结构和工作原理 第二节：单相异步电动机的分类 第三节：单相异步电动机的反转和调速 2．教学要求与建议：了解单相异步电动机的基本结构，掌握单相异步电动 机的基本工作原理，理解异步电动机的分类和起动方式，了解单相异步电动机的 反转、调速的原理和方法，初步了解单相异步电动机常见故障及其检修方法。 电机驱动及控制模块 3.3电机驱动及控制模块 331 电机特性 —小车前进的动力是通过直流电机来驱动的，直流电机是最早出现的电动机, 也是最早能实现调速的电动机。长期以来，直流电动机一直占据着调速控制的 统治地位。它具有良 图7主、从单片机小系统应用电路 好的线性调速特性，简单的控制性能， 较高的效率，优异的动态特性。系统 选用的大谷基础车的260马达作为驱动电机。其额定电压为 3-12V ，额定功率 0.02KW 额定转速 3000r/min 。 近年来，直流电动机的结构和控制方式都发生了很大变化， 随着计算机进入 控制领域，以及新型的电力电子功率元件的不断出现，使采用全控制型的开关 功率元件进行脉冲调制（Pulse Width Modulation 简称PWM 控制方式已经成 为主流，这种控制方式容易在单片机控制中实现。 BE yr CAPCAP 2+ CAP + CiP I * EP Z CAP b HT-OVTl rr-xrr: T-m TDU rae.-[tfi E-C'UTL 化UT2 H 山习4 F21TF 匸曲 ~IF P22 vcc P22 m 酯T KX1WXI Pi - ? TTCZ'JPJL Pl? YT 11 T m 電 XTALi P14 nffo/pss F13 D1TLJP3J P12 JP34 P1J PLD PA 回■! P 討TCAO PM 时 ow P 禹 PIO Vcc P]1 FOCUADQ P32 POL/ADL E>JJ ! Plfl Pt3(AD3 P]5 P 】6 f ：^AD5 P17 P0*'AD6 PB7/AD7 RST Tmjpsi EX LVD^ fiZRST2 AL&FI 5 曲朗 卜⑷PJ 4 wwu TflrP34 ri 郴 PIT PM 廻p 北 F35 FiZiiP]! F24 F33 xrAi.3 P]3 j^TALL P.3L Pin tr 空【 时 LED T 级, 厂：1巧处4打"卜单怜机 VCC 鱼T Z? 1. P ■ ■ ?一 ■■ ■ ■ b w 1 ? 3 *?!>rr ? .1 L I I I I r —PF p p Lp 收稿日期:2018-05-13 基金项目:吉林省科技发展计划项目(20160204054G X );吉林省教育厅"十三五"产业化培育规划项目(J J K H 20181037K J ) 作者简介:程廷海(1983-),男,汉族,黑龙江牡丹江人,长春工业大学教授,博士生导师,主要从事机电一体化设计方向研究,E -m a i l :c t h @c c u t .e d u .c n .第39卷第4期 长春工业大学学报 V o l .39N o .42018年08月 J o u r n a l o f C h a n g c h u nU n i v e r s i t y o f T e c h n o l o g y A u g .2018 D O I :10.15923/j .c n k i .c n 22-1382/t .2018.4.02压电粘滑驱动器研究现状与进展分析 程廷海, 高 琪, 李义康, 李恒禹, 何 猛, 卢晓晖 (1.长春工业大学汽车工程研究院,吉林长春 130012;2.长春工业大学机电工程学院,吉林长春 130012 )摘 要:基于粘滑驱动原理的压电驱动器因具有精度高二行程大和无电磁干扰等特点,在精 密/超精密加工二精密科学仪器等方面得到了广泛应用三首先介绍了压电粘滑驱动器的工作原 理,然后从驱动器的新构型设计二激励波形优化设计二理论建模分析和控制方法研究等四个方 面对压电粘滑驱动器的研究现状进行了论述三特别是针对当前压电粘滑驱动器普遍存在的位 移回退这一共性问题,分析了位移回退现象产生的机理,着重介绍了近年来关于位移回退抑制 相关研究工作的最新进展三 关键词:压电驱动器;粘滑驱动;摩擦力;位移回退 中图分类号:T N405 文献标志码:A 文章编号:1674-1374(2018)04-0321-11 C u r r e n t s i t u a t i o na n dd e v e l o p m e n t o f p i e z o e l e c t r i c s t i c k -s l i p a c t u a t o r C H E N G T i n g h a i , G A O Q i , L IY i k a n g , L IH e n g y u , H E M e n g , L U X i a o h u i (1.A u t o m o t i v eE n g i n e e r i n g R e s e a r c h I n s t i t u t e ,C h a n g c h u nU n i v e r s i t y o fT e c h n o l o g y ,C h a n g c h u n130012,C h i n a ;2.S c h o o l o fM e c h a t r o n i cE n g i n e e r i n g ,C h a n g c h u nU n i v e r s i t y o fT e c h n o l o g y ,C h a n g c h u n130012,C h i n a )A b s t r a c t :P i e z o e l e c t r i ca c t u a t o rb a s e do ns t i c k -s l i p d r i v i n gp r i n c i p l eh a sb e e n w i d e l y u s e di n m a n y f i e l d s o f t h e p r e c i s i o n /u l t r a p r e c i s i o n m a c h i n i n g ,a n d i n -s i t u m i c r om e c h a n i c a l p r o p e r t i e s t e s t ,e t c ,b e c a u s e o f i t sh i g h p r e c i s i o n ,l a r g et r a v e l ,a n dn oe l e c t r o m a g n e t i c i n t e r f e r e n c e .I nt h i s p a p e r ,t h e w o r k i n gp r i n c i p l e o ft h e p i e z o e l e c t r i cs t i c k -s l i p a c t u a t o ri sf i r s t l y i n t r o d u c e d .T h e n t h e c u r r e n t S i t u a t i o no ft h e p i e z o e l e c t r i cs t i c k -s l i p a c t u a t o ri sr e v i e w e df r o m f o u ra s p e c t s ,s u c h a st h e n e w c o n f i g u r a t i o nd e s i g n ,e x c i t a t i o nw a v e f o r mo p t i m i z a t i o n ,t h e o r e t i c a lm o d e l i n g a n a l y s i s a n d t h e s t u d y o f t h e c o n t r o lm e t h o d .I n p a r t i c u l a r ,a i m i n g a tt h ec o mm o n p r o b l e m o ft h eb a c k w a r d m o t i o ni nt h e c u r r e n t p i e z o e l e c t r i c s t i c k -s l i p a c t u a t o r ,t h e m e c h a n i s m o fb a c k w a r d m o t i o n i sa n a l y z e d .T h er e c e n t d e v e l o p m e n t o f r e l a t i v e r e s e a r c h i s e m p h a t i c a l l y i n t r o d u c e d i n r e c e n t y e a r s .K e y w o r d s :p i e z o e l e c t r i c a c t u a t o r ;s t i c k -s l i p d r i v i n g ;f r i c t i o n f o r c e ;b a c k w a r dm o t i o n . 江苏安全技术职业学院汽车运用安全管理专业 《驱动电机及控制技术》课程标准 一、课程性质 本课程是三年制高等职业学校新能源汽车运用与维修专业必修的一门专业核心课程。是在汽车电工电子、汽车机械基础等课程基础上，开设的一门综合性较强的核心课程，其任务是使学生掌握常用电动机的结构及其控制方法，培养学生对新能源汽车常用电动机的结构原理分析及控制策略的设计能力；对学生进行职业意识培养和职业道德教育，提高学生的综合素质与职业能力，增强学生适应职业变化的能力，为学生职业生涯的发展奠定基础。 二、学时与学分 本课程建议课时为80课时，本课程的总学分为5学分。 三、课程设计思路 本课程学习方式的多样化。推行项目教学、案例教学、工作过程导向教学等教学模式，分知识模块来实施。 1、课程定位 本课程的开设是通过深入企业调研，与专业指导委员会专家共同论证，根据工作任务与职业能力分析，以必须、够用为度，以掌握知识、强化应用、培养技能为重点，以新能源汽车相关工作任务为依据设置本课程。 2、目标确立 依据新能源汽车运用与维修专业人才培养方案中确定的培养目标、综合素质、职业能力，按照知识与技能、过程与方法、情感态度与价值观三个维度，突出核心素养和关键能力，结合本课程的性质和职业教育课程教学的最新理念，确定课程目标。 3、教学内容确定 依据《驱动电机及控制技术》课程所对应工作的基本内容，将本课程划分为驱动电机基础知识、常用驱动电机、功率变换器、功率变换器应用技术、驱动电机控制技术和新型驱动电机等几大部分，在设计上强调学生学习自主性。内容上以任务为导向，强化知识与信息的应用，弱化知识的了解与背诵；教学指导上合乎以学生为中心，重视学习成果的展示分享，让学习者在享受成就感的前提下，兴趣盎然地完成学习任务，达到单元学习目标。 四、课程目标 学生通过学习本课程，使学生能掌握新能源汽车中主要使用的几种电动机--直流电动机、交流感应电动机、交流永磁电动机和开关磁阻电动机的结构、原理及应用，以及新能源汽车驱动电动机的结构及其控制方法。熟悉对上述调速、分析及控制。结合生产生活实际，培养学生对所学专业知识的兴趣和爱好，养成自主学习与探究学习的良好习惯，从而能够解决专业技术实际问题，养成良好的工作方法、工作作风和职业道德。 核心素养和关键能力目标：《驱动电机及控制技术》教学大纲
电机驱动及控制模块
压电粘滑驱动器研究现状与进展分析
《驱动电机及控制技术》课程标准