電壓負載對電機運動(dòng)的檢測。

      電機傳感器模型是用來(lái)檢測開(kāi)關(guān)夾持和放開(kāi)點(diǎn)的。在Maplesim當檢測到速度減小到0時(shí)，設定分段函數choice(t)的值為1,表示開(kāi)關(guān)執行夾持動(dòng)作。當驅動(dòng)力減負載大于0且正向增大時(shí)，設定分段函數choice(t)的值為-1，表示開(kāi)關(guān)執行放開(kāi)動(dòng)作，此時(shí)開(kāi)關(guān)放開(kāi)質(zhì)量塊的振動(dòng)帶動(dòng)輸出軸運動(dòng)做功。分段函數的函數值如圖1所示。將choice(t)的函數值通過(guò)Maplesim的自帶模擬模塊Hysteresis進(jìn)行處理。經(jīng)過(guò)Hysteresis處理后的結果如圖2所示。Hysteresis模塊的方程為4.3其中參數設置為-0.5。

圖1：分段函數函數圖像

分段函數函數圖像

圖2：經(jīng)過(guò)Hysteresis處理后的結果

      經(jīng)過(guò)Hysteresis處理后的結果

      該簡(jiǎn)化模型基于四個(gè)假設：

      ①機械開(kāi)關(guān)是理想的，即該機械開(kāi)關(guān)在垂直于開(kāi)關(guān)運動(dòng)的方向上具有足夠的剛度并且開(kāi)關(guān)動(dòng)作的響應相對于開(kāi)關(guān)控制信號沒(méi)有時(shí)間延遲；

      ②外部載荷直接作用于東莞電機輸出軸上，其剛度和阻尼特性在該簡(jiǎn)化模型中沒(méi)有考慮；

      ③保證開(kāi)關(guān)能夠夾持住輸出軸，即開(kāi)關(guān)夾持時(shí)的最大靜摩擦力大于負載和反向驅動(dòng)力之和；

      ④忽略輸出軸與其支撐系統之間的摩擦力，即開(kāi)關(guān)放開(kāi)以后輸出軸不受其他任何摩擦力；

      求解器選用四階榮格庫塔（RK4)，RK4求解器是一個(gè)剛性ode求解器，能夠適應于馬達運動(dòng)狀態(tài)可能現的突變。求解類(lèi)型采用定步長(cháng)求解，固定的時(shí)間步長(cháng)為1e-8,不考慮積分誤差。

      振子質(zhì)量m1和輸出軸質(zhì)量m2分別設為1Kg和5kg。兩邊彈簧的剛度為振子的等效剛度328986%,中間彈簧用來(lái)模擬壓電陶瓷片，為了減小壓電陶瓷片的變形對整個(gè)系統的影響,設置中間彈簧的剛度為其1000倍。驅動(dòng)電壓的頻率為100Hz。外部載荷為1N;結構和空氣阻尼折算為10Ns/m。開(kāi)始一段時(shí)間內輸出軸被夾持住,這是由于環(huán)球電機有一個(gè)起振的過(guò)程，在該過(guò)程中，驅動(dòng)力小于負載和摩擦力之和，但隨著(zhù)能量的蓄積，振子的速度和位移的振幅逐漸增大,當驅動(dòng)力大于負載和摩擦力之和后，開(kāi)關(guān)放開(kāi)，輸出軸開(kāi)始運動(dòng)。

      占空比是指高電平在一個(gè)周期之內所占的時(shí)間比率。機械開(kāi)關(guān)驅動(dòng)電壓為高電平時(shí)，機械開(kāi)關(guān)執行夾持動(dòng)作；機械開(kāi)關(guān)為低電平時(shí)，機械開(kāi)關(guān)執行放開(kāi)動(dòng)作。因此機械開(kāi)關(guān)驅動(dòng)電壓的占空比對東莞電機的運動(dòng)性能有非常重要的影響。

表1：不同占空比下輸出軸平均速度

占空比	50	62.5	67	75	83	87.5	92	100
平均速度zitr6	1261	592	461	383	206	109	61.8	9.89

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