行波超声波电动机混沌建模与分析

李文娟，史敬灼

(河南科技大学，河南洛阳471003)

0 引 言

混沌是一类典型的非线性运行状态，普遍存在于鼠笼式异步电动机、同步磁阻电动机、无刷直流电动机等电磁电机驱动控制系统中。对电机系统的混沌运行进行研究，从一个新的角度认识这一非线性现象，有助于维持电机系统的稳定运行，亦可为混沌运动控制提供必要基础。

作为一种基于逆压电效应实现机电能量转换的特种电机，超声波电动机的运行机理完全不同于传统的电磁电机，并具有一些独特的性能特点，这使它不仅已经应用于家用电子、微型机器人、航天等领域，而且在其它众多运动控制领域有着广阔的应用前景。由于包含压电能量转换、摩擦能量传递等非线性过程，超声波电动机表现出强非线性和强耦合性。文献［1］的研究已验证了超声波电动机中存在混沌行为。为了分析超声波电动机本身的混沌特性，确定其混沌区域，从而抑制电机的混沌行为，还需要建立一个能够用来对超声波电动机混沌运行状态进行分析的电机模型。

本文针对Shinsei USR60型行波超声波电动机，采用自制的驱动控制电路，分析了超声波电动机系统的混沌运行状态。为了分析超声波电动机系统是否存在混沌特性，本文根据理论分析建立了超声波电动机转速控制系统的混沌分析模型，调节电压幅值－转速控制器参数来研究超声波电动机的运行特性。通过仿真，获得了电机转速相对于控制参数的Lyapunov指数谱、分岔图及电压相对于转速的轨迹图，结果表明行波超声波电动机在一定工作情况下将呈现出混沌运动，并给出了混沌运动区域对应的控制参数取值范围。……