一种基于多驱动力解耦的微尺度转子系统动力学建模和分析方法技术方案

本发明专利技术涉及基于多驱动力解耦的微尺度转子系统动力学建模与分析方法。本发明专利技术公开了一种微尺度转子系统动力学的多驱动力解耦的建模分析方法，针对微尺度转子系统的微摩擦、微动磨损和黏附下的多驱动力耦合特性，通过分析微特电机转子微尺度特性，获取微尺度转子的多驱动力耦合动力学模型；进一步地，综合考虑微尺度转子动力学宏观非线性特性、微观非线性特性、固有非线性特性和机械非线性特性下多能域耦合模型特性，利用静电力、电磁力、热动力和压电力多驱动力微尺度效应模型，通过动力学非线性反馈下的多驱动力解耦策略，实现多微尺度效应耦合转子系统动力学的特性分析。本发明专利技术能够降低微尺度耦合干扰对转子动力学建模的影响，提高模型精度。提高模型精度。提高模型精度。

【技术实现步骤摘要】
一种基于多驱动力解耦的微尺度转子系统动力学建模和分析方法


[0001]本专利技术涉及微特电机微尺度转子多驱动耦合动力学模型建立、综合非线性特性多能域耦合模型建立、动力学非线性反馈下多驱动力解耦。

技术介绍

[0002]本专利技术所针对的微尺度下微特电机转子系统模型建立与分析策略，在保证微特电机微尺度特性量化、精准表示中具有重要作用，是确保微特电机在应用中稳定、高效工作的重要途径。文献[P.Liu,H.Yu and S.Cang,"Modelling and dynamic analysis of underactuated capsule systems with friction
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induced hysteresis,"2016IEEE/RSJ International Conference on Intelligent Robots and Systems(IROS),Daejeon,Korea(South),2016,pp.549
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554]针对摩擦滞后影响下的微机电系统微尺度特性进行动力学建模和分析，从而实现对摩擦诱发的振动进行抑制，并且满足了能量的要求。进一步考虑微特电机机械性能模型特性，文献[P.Zhang,J.Niu,X.Zhang,S.Mao,J.Liu and B.Yang,"Thick Film Ultrasonic Micromotor Based on Chemical Mechanical Thinning and Polishing Process,"in IEEE Electron Device Letters,vol.43,no.9,pp.1547
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1550,Sept.2022]提出了一种基于化学机械减薄抛光工艺的毫米级厚膜旋转行波超声微特电机，实现了微特电机良好的紧凑性和较高的压电性能，基于微机电系统(MEMS)技术的超声电机(USM)利用压电逆效应通过摩擦力驱动转子实现转矩输出。[B.Sun,F.Han,L.Li and Q.Wu,"Rotation Control and Characterization of High
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Speed Variable
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Capacitance Micromotor Supported on Electrostatic Bearing,"in IEEE Transactions on Industrial Electronics,vol.63,no.7,pp.4336
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4345,July 2016]研究了微机电系统(MEMS)微尺度非线性动态下的旋转控制设计和实验性能，该电机采用非接触静电轴承将自由旋转转子悬浮在真空腔中，提出了一种闭环相位换相方案.本专利技术对微尺度效应下微特电机转子系统动力特性建模和分析，提高微特电机动力学稳定性和电气工作高效具有重要意义。

技术实现思路

[0003]本专利技术针对微特电机转子系统在微尺度效应下多非线性因素、多能域耦合特性，通过基于多驱动力解耦的微尺度转子系统动力学建模与分析，提升微特电机转子系统设计的高效稳定。
[0004]本专利技术通过对微尺度转子多驱动耦合动力学模型建立，综合非线性特性多能域耦合模型建立，进而通过动力学非线性反馈下多驱动力解耦，获取微尺度下转子系统动力学解耦模型，提高微特电机的工作稳定性、运行高效性和结构最优性。
[0005]基于多驱动力解耦的微尺度转子动力学建模与分析方法，其步骤包括：
[0006]首先，考虑具有微小型化、智能化、集成化和高可靠性的微特电机的微尺度转子系
统，利用基于电
‑
热
‑
机械微尺度耦合特性分析方法，获取微尺度转子系统的微摩擦d
m
、微动磨损d
s
和黏附d
n
下的多驱动力耦合特性，利用基于有限单元分析法的微模型构建策略，通过分析微特电机转子微尺度特性，获取微尺度转子的多驱动力耦合动力学模型其中ω为转子转速，F
j
,F
d
,F
r
,F
y
分别表示静电力、电磁力、热动力和压电力，f表示多驱动力耦合模型，D表示微摩擦、微动磨损和黏附下的多能域耦合模型。然后，综合考虑包含材料系统和几何特征系统微尺度转子动力学宏观非线性特性其中C1,C2表示材料系数特征和几何特征系数，w1宏观运动参数；包含微摩擦d
m
、微动磨损d
s
和黏附d
n
的微观非线性特性w2为微观运动特征；包含初始应力、大位移、热传输效应的固有非线性特性w3＝f
g
(F0,x
l
,T
c
)，w3为电机固有参数，F0,x
l
,T
c
分别表示初始应力、大位移、热传输效应参数；包含阻尼作用、和表面张力的机械非线性特性其中w4表示几何参数，F
f
分别表示阻尼系数和表面张力系统，从而可得电
‑
热
‑
机械多能域耦合模型特性，通过非线性时变偏微分方程的耦合动态映射策略，建立微特电机微尺度转子多能域耦合非线性模型。最后，根据相互作用力微尺度作用机理，通过静电力、电磁力、热动力和压电力多驱动力微尺度效应模型，融合动力学非线性反馈下的多驱动力解耦策略，获取多微尺度效应耦合转子系统动力学的微特性解耦模型。
附图说明
[0007]图1为本专利技术基于多驱动力解耦的微尺度转子系统动力学建模和分析结构示意图；
具体实施方式
[0008]下面针对基于多驱动力解耦的微尺度转子系统动力学建模和分析，结合附图详细描述本专利技术的技术方案。
[0009]如图1所示，本专利技术所设计的基于多驱动力解耦的微尺度转子系统动力学建模和分析方法，主要包括微尺度转子多驱动耦合动力学模型建立、综合非线性特性多能域耦合模型建立、动力学非线性反馈下多驱动力解耦。实施过程包括：
[0010]步骤1：考虑具有微小型化、智能化、集成化和高可靠性的微特电机的微尺度转子系统，利用基于电
‑
热
‑
机械微尺度耦合特性分析方法，获取微尺度转子系统的微摩擦d
m
、微动磨损d
s
和黏附d
n
下的多驱动力耦合特性，利用基于有限单元分析法的微模型构建策略，通过分析微特电机转子微尺度特性，获取微尺度转子的多驱动力耦合动力学模型其中ω为转子转速，F
j
,F
d
,F
r
,F
y
分别表示静电力、电磁力、热动力和压电力，f表示多驱动力耦合模型，D表示微摩擦、微动磨损和黏附下的多能域耦合模型。
[0011]步骤2：综合考虑包含材料系统和几何特征系统微尺度转子动力学宏观非线性特性其中C1,C2表示材料系数特征和几何特征系数，w1宏观运动参数；包本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于多驱动力解耦的微尺度转子系统动力学建模和分析方法，其特征在于，包括微尺度转子多驱动耦合动力学模型建立、综合非线性特性多能域耦合模型建立、动力学非线性反馈下多驱动力解耦。2.根据权利要求1所述的微尺度转子多驱动耦合动力学模型建立，其特征在于，考虑具有微小型化、智能化、集成化和高可靠性的微特电机的微尺度转子系统，利用基于电
‑
热
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机械微尺度耦合特性分析方法，获取微尺度转子系统的微摩擦、微动磨损和黏附下的多驱动力耦合特性。3.根据权利要求1所述的微尺度转子多驱动耦合动力学模型建立，其特征在于，利用基于有限单元分析法的微模型构建策略，通过分析微特电机转子微尺度特性，获取...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈勇，张龙杰，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：