電壓負(fù)載對電機運動的檢測。

      電機傳感器模型是用來檢測開關(guān)夾持和放開點的。在Maplesim當(dāng)檢測到速度減小到0時，設(shè)定分段函數(shù)choice(t)的值為1,表示開關(guān)執(zhí)行夾持動作。當(dāng)驅(qū)動力減負(fù)載大于0且正向增大時，設(shè)定分段函數(shù)choice(t)的值為-1，表示開關(guān)執(zhí)行放開動作，此時開關(guān)放開質(zhì)量塊的振動帶動輸出軸運動做功。分段函數(shù)的函數(shù)值如圖1所示。將choice(t)的函數(shù)值通過Maplesim的自帶模擬模塊Hysteresis進行處理。經(jīng)過Hysteresis處理后的結(jié)果如圖2所示。Hysteresis模塊的方程為4.3其中參數(shù)設(shè)置為-0.5。

圖1：分段函數(shù)函數(shù)圖像

分段函數(shù)函數(shù)圖像

圖2：經(jīng)過Hysteresis處理后的結(jié)果

      經(jīng)過Hysteresis處理后的結(jié)果

      該簡化模型基于四個假設(shè)：

      ①機械開關(guān)是理想的，即該機械開關(guān)在垂直于開關(guān)運動的方向上具有足夠的剛度并且開關(guān)動作的響應(yīng)相對于開關(guān)控制信號沒有時間延遲；

      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化模型中沒有考慮；

      ③保證開關(guān)能夠夾持住輸出軸，即開關(guān)夾持時的最大靜摩擦力大于負(fù)載和反向驅(qū)動力之和；

      ④忽略輸出軸與其支撐系統(tǒng)之間的摩擦力，即開關(guān)放開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求解器是一個剛性ode求解器，能夠適應(yīng)于馬達(dá)運動狀態(tài)可能現(xiàn)的突變。求解類型采用定步長求解，固定的時間步長為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(shè)為1Kg和5kg。兩邊彈簧的剛度為振子的等效剛度328986%,中間彈簧用來模擬壓電陶瓷片，為了減小壓電陶瓷片的變形對整個系統(tǒng)的影響,設(shè)置中間彈簧的剛度為其1000倍。驅(qū)動電壓的頻率為100Hz。外部載荷為1N;結(jié)構(gòu)和空氣阻尼折算為10Ns/m。開始一段時間內(nèi)輸出軸被夾持住,這是由于環(huán)球電機有一個起振的過程，在該過程中，驅(qū)動力小于負(fù)載和摩擦力之和，但隨著能量的蓄積，振子的速度和位移的振幅逐漸增大,當(dāng)驅(qū)動力大于負(fù)載和摩擦力之和后，開關(guān)放開，輸出軸開始運動。

      占空比是指高電平在一個周期之內(nèi)所占的時間比率。機械開關(guān)驅(qū)動電壓為高電平時，機械開關(guān)執(zhí)行夾持動作；機械開關(guān)為低電平時，機械開關(guān)執(zhí)行放開動作。因此機械開關(guān)驅(qū)動電壓的占空比對東莞電機的運動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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