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個人報告 班級:車輛二乙 姓名:洪毅錚 座號超音波馬達系統分析設計與研製 摘要: 由三項重要研究課題加以探討自由度超音波馬達的設計: 設計超音波馬達之迴授控制系統，利用光學感測器精準的量測超音波馬達之位移。 2. 壓電材料之特性對於微動位移的影響甚大，利用耦合場有限元素分析軟體ANSYS，了解壓電材料之導納，求得壓電等效電路。 3. 目的設計一具有高低頻操作頻率之壓電致動器驅動電路，驅動器本身是運用了降壓式直流轉換器。 於低頻操作時後將前級所提供之高壓直流電壓準位，轉換為高壓低頻交流近似弦波之驅動訊號；於高頻操作時配合諧波電路產生高壓高頻交流弦波驅動訊號。 實驗內容與結果: 感測部分針對超音波馬達設計其位移感測器，藉此了解此超音波馬達在施加不同頻率電壓於個別壓電致動器下，觀察致動軸所產生的運動情形，因此選用選用ANDS-2051晶片的光學滑鼠當本超音波馬達的位移感測器，藉由數據資訊匯集進而設計此超音波馬達的位移迴授控制系統。 軟體使用耦合場有限元素分析軟體ANSYS，為了讓電路能在高低頻操作之下，應用了降壓式電路當壓電驅動。 當前置作業完成，就進入電路操作。 為了求壓電體的等效電路時，利用暫態分析近似壓電導體的等效電容，如圖四所示為壓電材料的等效靜態電容，利用靜態分析出壓電的阻抗值。 欲求其多階共振模態時，利用圖四所求得之I和R值，間接求出動態等效電容Ci和動態等效電感Li，其等效電路如圖五所示。 但是不同共振頻率下，所得的阻抗值亦不同，如圖六所示為PZT-81壓電材料的阻抗圖。 當共振頻率為fm時，所流過的電流為最大，此時等效阻抗最小，導納最大；當共振頻率為fn時，所流過的電流為最小，此時等效阻抗最大，導納最小。 圖七為PZT-81的等效電路圖。 電路部份中降壓式、昇壓式、昇降壓式及邱克轉換器之輸出電壓V及電流I均為單極性，因此其功率之轉移為單向性，以開關利用率的觀點來看，有最佳的效率。圖八為降壓式電路圖，圖九為降壓式電路結果圖 昇降壓式或邱克轉換器也可使輸出電壓可同時高或低於輸出電壓或其極性與輸出反向。 但是降壓式電路參雜著電容與電感，因電容與電感彼此會產生共振，所以須考慮電容與電感之值。如圖十所示。 結論: 產業界的技術有邁向高速加工、精密化、微小化發展的趨勢。 而傳統的電磁馬達難以達到奈米等級的定位精度。目前平台之微動位移常賴於精度高之超音波馬達。研製多自由度超音波馬達不容克緩。 參考文獻: 93華梵大學機電工程學系專題研究成果報告 -超音波馬達系統分析設計與研製