(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210875633.1 (22)申请日 2022.07.25 (71)申请人 南京航空航天大 学 地址 210016 江苏省南京市秦淮区御道街 29号 (72)发明人 刘瑞　郭升起　金家楣　王亮　 (74)专利代理 机构 江苏圣典律师事务所 32 237 专利代理师 刘辉 (51)Int.Cl. G06F 30/23(2020.01) G06F 30/17(2020.01) G06F 111/04(2020.01) G06F 119/14(2020.01) (54)发明名称 一种纵弯模态耦合型单自由度超声电机启 动性能预测方法 (57)摘要 本发明公开了一种纵弯模态耦合型单自由 度超声电机启动性能预测方法， 利用有限元分析 中的结构瞬态分析模块结合压电模块， 计算推进 系统整体振幅随时间的变化情况， 从而得到超声 电机转子从启动到进入稳态运行的时间。 首先， 确定超声电机的结构、 尺寸、 材料等参数， 并对超 声电机输入特定电压。 本发明的方法简单， 可 以 初步确定推进系统的启动时间， 对研究整机瞬态 响应理论提高实验验证， 同时也有利于后期优化 结构、 实验， 具有很好的实用价 值。 权利要求书1页 说明书3页 附图3页 CN 115438531 A 2022.12.06 CN 115438531 A 1.一种纵弯模态耦合型单自由度超声电机启动性能预测方法， 其特征在于， 包括如下 步骤： 步骤1） ， 确定超声电机中定 子和转子的几何结构、 材 料参数； 步骤2） ， 划分网格， 建立超声电机的有限元仿真模型； 步骤3） ， 对 超声电机有限元仿真模型设定约束边界条件和接触边界条件； 步骤4） ， 对超声电机有限元仿真模型中的压电材料部分进行材料属性设置， 确定压电 常数、 介电常数； 步骤5） ， 对 超声电机进行模态分析， 确定超声电机 定子工作模态频率大小； 步骤6） ， 建立瞬态动力学仿真分析模块， 根据超声电机定子工作模态频率设置每个载 荷步的计算时间； 步骤7） ， 在载荷步设置中定义子步； 步骤8） ， 设置电压载荷， 以载荷步为基准为每个周期内的载荷步分别设置电压， 进行周 期循环， 得到超声电机转子的转动角度随时间的变化曲线； 步骤9） ， 根据超声电机转子的转动角度随时间的变化曲线进行判断， 在其曲线斜率开 始保持不变的时刻之前的转子处于启动工作的状态， 在其曲线斜率开始保持不变的时刻之 后的转子处于稳定 工作的状态， 从而得到推进系统的启动时间。权　利　要　求　书 1/1 页 2 CN 115438531 A 2一种纵弯 模态耦合型单自由度超声电机启动性能预测方 法 技术领域 [0001]本发明涉及超声电机和有限元仿真领域， 尤其涉及一种纵弯模态耦合型单自由度 超声电机启动性能预测方法。 背景技术 [0002]航天是当今世界最具挑战性并且具备广泛带动性的高技术领域之一,我国也在加 快航天强国建设步伐， 不断拓展空间应用深度和广度。 航 天器是空间应用的载体， 各类航 天 器上广泛配置多种高精度长寿命空间机构， 如激光指向机构(CPA)、 控制 力矩陀螺(CMG)、 激 光扫描三维成像机构(LVDS)和空间机械臂、 天线驱动机构(GDA)等， 以满足不同应用对精确 控制、 精准观测、 精稳操作的需求。 实现空间机构轻量化及快捷精稳运动性能已成为支撑我 国航天强国建设亟待提升的基础能力。 电机是各类空间机构运动的驱动源， 对空间机构的 综合性能起着至关重要的作用。 与空间机构常用的电磁电机通过电磁力传动不同， 超声电 机通过压电陶瓷激励定子产生可控的微观振动， 并通过定转子摩擦转化为转子宏观转动。 基于该工作 原理， 超声电机在空间机构严格的体积、 重量约束 范围内， 可以充分体现出重量 轻、 扭矩大、 响应快、 自锁定等优势， 应用于空间机构可更好地实现系统轻量化并显著提升 响应特性。 [0003]现有的电机启动性能检测方式均为对电机实物进行实验检测， 没有可靠且有效的 有限元仿真 分析方法对超声电机启动时间进行分析计算。 [0004]因此， 为了满足空间机构高精度、 长寿命、 超低速、 大速比、 往复摆动的典型工况需 求， 尤其是空间机构的超声电机的往复摆动都是微幅摆动的工况， 每一次的工作的时间都 很短暂， 这样研究超声电机的瞬态响应性能就很有必要。 发明内容 [0005]本发明所要解决的技术问题是针对背景技术中所涉及到的缺陷， 提供一种纵弯模 态耦合型 单自由度超声电机启动性能预测方法。 [0006]本发明为 解决上述 技术问题采用以下技 术方案： [0007]一种纵弯模态耦合型 单自由度超声电机启动性能预测方法， 包括如下步骤： [0008]步骤1)， 确定超声电机中定 子和转子的几何结构、 材 料参数； [0009]步骤2)， 划分网格， 建立超声电机的有限元仿真模型； [0010]步骤3)， 对 超声电机有限元仿真模型设定约束边界条件和接触边界条件； [0011]步骤4)， 对超声电机有限元仿真模型中的压电材料部分进行材料属性设置， 确定 极化方向、 压电常数、 介电常数； [0012]步骤5)， 对 超声电机进行模态分析， 确定超声电机 定子工作模态频率大小； [0013]步骤6)， 建立瞬态动力学仿真分析模块， 根据超声电机定子工作模态频率设置每 个载荷步的计算时间； [0014]步骤7)， 在载荷步设置中定义子步；说　明　书 1/3 页 3 CN 115438531 A 3