published_or_final_version / abstract / Electrical and Electronic Engineering / Doctoral / Doctor of Philosophy

published_or_final_version / Electrical and Electronic Engineering / Master / Master of Philosophy

Thesis (Ph. D.)--University of Hong Kong, 2006. / Title proper from title frame. Also available in printed format.

Thesis (M. Phil.)--University of Hong Kong, 2001. / Includes bibliographical references.

Thesis (M.Phil.)--University of Hong Kong, 2001. / Includes bibliographical references. Also available in print.

The work consists of the introduction, two chapters, basic results of the work, conslusions and the list of used literature. Theorical methods of research are applyde in the work. The optimisation of systems of created ultrasonic motorsis carried out using programmable equipment ANSYS 6.1. This work provides analysis of own resonant freaquencies of ultrasonic actuators and establishes the dependence of amplitudes on suspense in piezoelements. The dynamic analysis of ultrasonic actuators was carred out and the trajectory of movementof exit chain points was established.

Στόχος της παρούσας διπλωματικής εργασίας, η οποία εκπονήθηκε στο Εργαστήριο Ηλεκτρομηχανικής Μετατροπής Ενέργειας του τμήματος Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Τεχνολογίας Υπολογιστών της Πολυτεχνικής Σχολής του Πανεπιστημίου Πατρών, είναι η μελέτη και κατασκευή διάταξης για την παλμοδότηση και τον έλεγχο ενός κινητήρα τύπου ultrasonic, χρησιμοποιώντας ψηφιακό μικροελεγκτή ή FPGA. Αρχικά γίνεται μια παρουσίαση των χαρακτηριστικών των πιεζοηλεκτρικών κινητήρων, γίνεται αναφορά στην αρχή λειτουργίας τους και στα ισοδύναμα κυκλώματα που χρησιμοποιούνται για την ανάλυση της λειτουργίας τους. Στη συνέχεια παρουσιάζονται οι ηλεκτρονικοί μετατροπείς ισχύος που χρησιμοποιούνται για τον έλεγχο των κινητήρων αυτού του τύπου και γίνεται θεωρητική ανάλυση του τρόπου λειτουργίας τους και των μεθόδων παλμοδότησής τους και προσομοιώνεται ένας μονοφασικός αντιστροφέας παλμοδοτούμενος με τη μέθοδο ημιτονοειδούς διαμόρφωσης εύρους παλμών. Ακολουθεί μία περιγραφή των χαρακτηριστικών του μικροελεγκτή που χρησιμοποιήθηκε και του κώδικα του προγράμματός του. Στο επόμενο βήμα πραγματοποιείται η μελέτη και η κατασκευή ενός μετατροπέα συντονισμού για τον έλεγχο του κινητήρα, λόγω περιορισμών που τέθηκαν από το κύκλωμα παλμοδότησης και τέλος παρατίθενται παλμογραφήματα και μετρήσεις που προέκυψαν από τα πειράματα που διενεργήθηκαν. / The goal of this diploma thesis is the study and the construction of a converter in order to drive and control an ultrasonic motor, using digital microcontroller or FPGA.

By combining new robot control systems with piezoelectric motors and micromechanics, we propose creating micromechanical systems which are small, cheap and completely autonomous. We have fabricated small - a few millimeters in diameter - piezoelectric motors using ferroelectric thin films and consisting of two pieces: a stator and a rotor. The stationary stator includes a piezoelectric film in which we induce bending in the form of a traveling wave. Anything which sits atop the stator is propelled by the wave. A small glass lens placed upon the stator becomes the spinning rotor. Using thin films of PZT on silicon nitride memebranes, various types of actuator structures have been fabricated.

Στην παρούσα εργασία θα κατασκευασθεί διάταξη ελέγχου για τον Πιεζοηλεκτρικό κινητήρα οδεύοντος κύματος. Αρχικά συγκεντρώθηκε όλη η απαραίτητη βιβλιογραφία αναφορικά με τους Πιεζοηλεκτρικούς κινητήρες. Η αναζήτηση χωρίστηκε σε δύο μέρη. Αναζήτηση τρόπων οδήγησης του κινητήρα και σε αναζήτηση μεθόδων ελέγχου αυτού. Στη συνέχεια συγκεντρώθηκαν όλες οι διαθέσιμες διατάξεις για την οδήγηση του κινητήρα που είχαμε στη διάθεση μας. Οι διατάξεις αυτές ήταν δύο. Η πρώτη ήταν η εργοστασιακή διάταξη, η οποία περιλαμβανόταν στο πακέτο αγοράς του κινητήρα και η δεύτερη η διάταξη που είχε κατασκευασθεί από το Χ. Πάτσιο στα πλαίσια της διπλωματικής του εργασίας. Για την όσο το δυνατόν καλύτερη κατανόηση της λειτουργίας τους καθώς και αναγνώριση των μειονεκτημάτων, ώστε να τα απαλείψουμε στη δική μας διάταξη, συντελέστηκαν αρκετά πειράματα με αυτές. Το επόμενο βήμα ήταν να αποφασίσουμε ποιo είδος μετατροπέα θα χρησιμοποιήσουμε. Αποφασίστηκε να διατηρήσουμε το σκεπτικό που αναπτύσσεται στη διπλωματική εργασία του Χ. Πάτσιου, μιας και πληρούσε τις προϋποθέσεις που θέσαμε και ήταν καινοτόμο. Η κατασκευή της διάταξης οδήγησης έγινε με ολοκληρωμένα ισχύος, δηλαδή με ολοκληρωμένα που περιλαμβάνουν διακοπτικά στοιχεία ισχύος. Τα στοιχεία αυτά χρησιμοποιήθηκαν για πρώτη φορά στο Εργαστήριο Ηλεκτρομηχανικής Μετατροπής Ενέργειας και για το λόγο αυτό ήμασταν ιδιαιτέρως επιφυλακτικοί. Τελικά κρίθηκαν αντάξια των προσδοκιών που είχαμε θέσει. Στο σημείο αυτό άρχισε το δεύτερο τμήμα της εργασίας αυτής, η κατασκευή λογισμικού ελέγχου. Υλοποιήθηκαν τρεις μέθοδοι ελέγχου, on/off, PID και Ασαφής έλεγχος. Αρχικά παρατίθεται το θεωρητικό υπόβαθρο των μεθόδων και στη συνέχεια η εφαρμογή τους στο κινητήρα. Το λογισμικό αναπτύχθηκε σε περιβάλλον LabVIEW. / In this paper, a resonant converter has been studied and constructed, in order to drive an Ultrasonic motor. In advance, three different control schemes have been applied (OnOff, PID and fuzzy).

Στην παρούσα διπλωματική εργασία γίνεται εξομοίωση ενός κινητήρα τύπου ultrasonic με χρήση του προγράμματος simulink του matlab. Αρχικά αφού συγκεντρώθηκε όλη η απαραίτητη βιβλιογραφία σχετικά με τους Πιεζοηλεκτρικούς κινητήρες, γίνεται αναφορά στους προδρόμους του ultrasonic και μελετάται συγκεκριμένα ο πιεζοηλεκτρικός κινητήρας οδεύοντος κύματος τύπου ultrasonic (TWUM). Αναλύεται λεπτομερώς η δομή και η αρχή λειτουργίας του, καθώς και τα πλεονεκτήματα που παρουσιάζει. Η συμπεριφορά του, η λειτουργία του και οι εξισώσεις που τη διέπουν, αποτελούν το αντικείμενο της παραπάνω εξομοίωσης. Παρουσιάζονται λεπτομερώς τα αποτελέσματα της εξομοίωσης, τα οποία και πιστοποιούν το γεγονός ότι το μοντέλο που δημιουργήθηκε προσομοιώνει τη συμπεριφορά του κινητήρα σε μόνιμη και μεταβατική κατάσταση. Κατόπιν κατασκευάζεται πειραματική διάταξη όπου χρησιμοποιείται μία μηχανή συνεχούς ρεύματος ως φορτίο στον ultrasonic και λαμβάνονται μετρήσεις όταν το ηλεκτροκινητήριο σύστημα βρισκόταν σε μόνιμη και σε μεταβατική κατάσταση. Τέλος γίνεται σύγκριση των αποτελεσμάτων των παραπάνω μετρήσεων, αυτών που προέκυψαν από την εξομοίωση και των πειραματικών μετρήσεων. Διαπιστώνεται σύγκλιση μεταξύ τους, πράγμα που πιστοποιεί την επίτευξη του στόχου της παρούσας διπλωματικής εργασίας. / The aim of this thesis is the simulation of an ultrasonic motor using the simulink matlab program. Firstly, after selecting all the necessary bibliography on piezoelectric motors, reference was made to the precursors. The specific type of piezoelectric motor studied was a travelling wave ultrasonic motor one. A detailed analysis of the structure and the principle operation was undertaken. Moreover, this TWUM comes with a multitude of andvantages. Its behavior, its function and the equations that govern it were covered by the above simulation. Then, the results werw analyzed in detail.These testify to the fact that the model was createdto simulate the motor's behavior not only in steady state but also in transient. Next, an experimental device was constructed in which a DC motor was used as a load to the USM.Measurements were taken and finally, a comparison between the two sets of measurements was made. Those obtained by the simulation and the experimental measurements. A common pattern was observed between them which certifies the success of this thesis.