压电双晶片直接驱动式伺服阀的研究

提出一种利用压电陶瓷片直接驱动的伺服阀,其具有高于传统电磁式伺服阀的频宽与分辨率,该伺服阀的机械结构简单,抗干扰能力强。分析了双压电晶片的静、动态特性,制造了双晶片直接驱动式伺服阀样机。     

新型压电叠堆式射流管伺服阀前置级设计及性能分析

针对当前航空工业对高频响、高精度的伺服阀需求,设计1款压电叠堆式射流管伺服阀并对压电驱动器的特性进行分析;将其与传统的电磁式射流管伺服阀的前置级进行对比,得出将压电叠堆作为前置级的伺服阀具有响应快、频响高、输出力大的优点,但存在输出位移小的缺点;针对其不足,将桥式放大机构应用到压电驱动器上,增大输出位移,提高控制精度,最终得到的压电驱动器满足射流管伺服阀的前置级使用要求。     

新型直动式压电伺服阀

提出一种新型压电驱动单级电液伺服阀,其特点是可以提供比传统电磁式电液伺服阀更高的频宽与分辨率,而且结构紧凑、抗污染能力强。该阀采用大行程的压电叠堆(积层式压电驱动器)作为驱动元件直接驱动滑阀,通过基于弹性变形原理的弹性板机构,结合电阻应变式微位移传感器,实现机构及检测一体化。应用有限元法对弹性板机构进行分析优化,试制了直动式压电伺服阀样机并对样机进行了试验研究,得出该阀的频宽约为1 kHz。新型伺服阀可以应用于振动试验台、疲劳试验台及需要快速反应的流体控制系统中,提高系统的响应特性。     

直动式压电气动伺服阀阀芯运动系统建模分析

本文主要研究气动控制领域的直动式压电气动伺服阀.阀芯运动机构是该阀设计的核心部分,主要由作为动力源的积层式压电驱动器、柔性铰链微位移放大机构、阀芯、弹性回复机构以及相应的连接件组成.设计基于柔性铰链微位移放大机构的阀芯运动机构,结合有限单元法对阀芯运动机构进行静力学与动力学的仿真分析,验证理论分析,为直动式压电气动伺服阀总体设计以及控制策略的选择提供理论依据.     

基于AMESim的压电式水压伺服阀的研究

首先对水压伺服阀的智能驱动器压电驱动器作了介绍,建立压电驱动器的数学模型,并在Simulink中建立仿真模型,分析其动态响应性能;然后设计一种压电式水压伺服阀,在AMESim中建立其模型,并进行了仿真分析。     

压电驱动式双喷嘴挡板电液伺服阀

设计了一种利用压电双晶片驱动器代替传统双喷嘴电液伺服阀力矩马达驱动部分的新型电液伺服阀,以期改善现有该型阀的动、静态特性。通过试验得出,设计的压电双晶片驱动器输出位移为82.5 μm,全量程位移波动小于0.7 μm,谐振频率1.2 kHz,完全满足双喷嘴电液伺服阀对驱动器的要求。试验表明:基于此驱动器的电液伺服阀在频率低于100 Hz的范围内具有良好的线性度,克服了传统双喷嘴电液伺服阀在频宽和抗电磁干扰能力等方面的不足。     

喷嘴挡板式压电伺服阀的研究

传统的电液伺服阀采用电磁马达作为驱动源，该文介绍的双喷嘴挡板式压电伺服阀是利用压电叠堆作为驱动源，给出了双喷嘴挡板式压电伺服阀的基本机构。对该伺服阈采用的压电叠堆和柔性铰链的特征参数进行了深入的研究，并通过试验初步验证了双喷嘴挡板式压电伺服阀的相关性能，进行了流量、压力特性的测试，分析了试验结果进行。     

压电型喷嘴挡板阀及其控制方法研究

提出了一种新型压电晶片型喷嘴挡板式电液伺服阀,并对其控制方法进行了研究。采用成本较低的双压电晶片弯曲元件设计了双喷嘴挡板放大器,用其取代原有传统的力矩马达作为双喷嘴电液伺服阀的前置级驱动器。介绍了新型压电晶片型喷嘴挡板式电液伺服阀的工作原理。最后,针对压电元件存在的迟滞、蠕变非线性及系统中存在的时变性因素等问题,采用了具有自学习、自适应和自组织能力的单神经元自适应PSD智能控制算法对系统进行控制。实验结果表明,采用PID控制算法时系统阶跃响应的超调量和稳态时间分别为27.9%和0.13 s,而采用提出的控制算法时系统阶跃响应的超调量和稳态时间只有2.4%和0.07 s,验证了该方法的有效性。新型压电晶片型喷嘴挡板式电液伺服阀结构简单、成本低、精度高,可以满足精密控制系统的要求。     

基于COMSOL Multiphysics的新型压电驱动器仿真分析

激光扫描器是一种光学距离传感器,通常需要很好的高频特性,而一般激光扫描器很难达到这种要求,针对此问题,设计一种基于COMSOL Multiphysics的新型压电驱动器。压电驱动器作为激光扫描器的核心部件,它的性能很大程度上影响了激光扫描器的性能。选用COMSOL Multiphysics多物理场耦合软件,并采用有限元方法对新型压电驱动器进行仿真,分析了其特征频率、频域、瞬态特性。特征频率、频域特性分析得到了新型压电驱动器的固有频率,瞬态分析得到了其随时间变化的位移图,并通过与传统压电驱动器的仿真比较,得出了其具有更好的高频动态特性、更大的位移放大率的优点。     

压电倾斜镜的高压驱动及高速控制

由于压电倾斜镜的机械谐振会降低自适应光学伺服控制系统的校正带宽,本文研究了补偿压电倾斜镜谐振特性的方法。根据压电倾斜镜机械谐振频率特性的动态模型和实测数据,提出了利用压电倾斜镜高压驱动器中现有的可编程逻辑门阵列(FPGA)设计多阶双二次型数字滤波器来优化系统的动态频率响应特性。基于多阶双二次型数字滤波器,高压驱动器能实时补偿驱动对象的频率特性,完成压电倾斜镜的正谐振和反谐振的同时补偿。将其与压电倾斜镜作为一体,可实现平坦的幅频特性,从而避免机械谐振,提高伺服控制带宽。实验结果表明:相对于传统的高带宽高压驱动器,提出的具有频率特性补偿功能的高带宽高压驱动器可在同样超调量下使系统误差带宽从56 Hz提高到了80 Hz,并且低频抑制能力也得到提高。实验显示提出的具有频率特性补偿功能的高带宽高压驱动器更适合压电倾斜镜的高速动态应用。     

Impact drive rotary precision actuator with piezoelectric bimorphs

An impact drive rotary precision actuator with end-loaded piezoelectric cantilever bimorphs is proposed. According to finite element analysis and experiments of the dynamic characteristics of end-loaded piezoelectric cantilever bimorphs, a specific fixed-frequency and adjustable-amplitude is confirmed to control the actuator. The results show that an actuator excited by fixed-frequency and the adjustable-amplitude ramp voltage waveform works with a large travel range (180°), high resolution (1 ?rad), speed (0.2 rad/min) and heavy-load ability (0.02 Nm). With advantages of high-precision positioning ability, simple structure and only one percent the cost of traditional impact drive mechanisms, the actuator is expected to be widely used in precision industries.     

压电双晶片型惯性冲击式旋转精密驱动器研究

研制了一种以自由端带有集中质量的悬臂式压电双晶片为驱动单元的新型惯性冲击式旋转精密驱动器。对自由端带有集中质量的悬臂式压电双晶片的动态特性进行了有限元法和实验分析,提出了压电双晶片型惯性冲击式精密驱动器特定的定频调压驱动方法。对压电双晶片型惯性冲击式旋转精密驱动器进行了性能测试,驱动器旋转行程为180°、旋转步长分辨力为1μrad、最大转速为0.2 rad/min、最大扭矩为0.02 Nm。该驱动器结构简单,特别是成本为传统惯性冲击式驱动器的1/100左右。     

一种旋转压电陶瓷驱动器的设计和研究

为发挥压电陶瓷分辨率高、频响高、功耗低及抗电磁干扰能力强等优点,进一步简化压电旋转驱动器的结构,提高压电驱动工作效率,设计和研制一种新型压电旋转驱动器。驱动器以压电陶瓷双晶片为原动件,通过联接机构联接定子和转子,选用滚子结构的超越离合器驱动机构,将双晶片扭转位移运动转化为输出轴的连续旋转运动。驱动器结构简单,体积小。通过理论分析、有限元仿真和试验研究表明,驱动器的转速与驱动信号的频率、电压近似呈线性关系,具有良好的输出特性,步进精确,运行平稳可靠,适于在微驱动领域应用。     

应用于压电叠堆泵的微位移放大机构

提出了一种应用于压电叠堆泵的微位移放大机构,该机构以压电叠堆(积层式压电微位移器)为驱动元件,通过基于三角形放大原理的柔性铰链放大机构,放大压电叠堆的输出位移。同时,设计、研制了实验装置,并在试制样机上对其静、动态特性进行了实验。实验测试结果表明:该机构对压电叠堆输出位移的放大倍数达到5倍,并且该机构具有线性良好、高分辨率、高频响应等特点。由有限元分析得到的固有频率达到了1.8 kHz,实际测量的固有频率为1.5 kHz。     

Impact drive rotary precision actuator with piezoelectric bimorphs

An impact drive rotary precision actuator with end-loaded piezoelectric cantilever bimorphs is proposed. According to finite element analysis and experiments of the dynamic characteristics of end-loaded piezoelectric cantilever bimorphs, a specific fixed-frequency and adjustable-amplitude is confirmed to control the actuator. The results show that an actuator excited by fixed-frequency and the adjustable-amplitude ramp voltage waveform works with a large travel range (180°), high resolution (1 μrad), speed (0.2 rad/min) and heavy-load ability (0.02 Nm). With advantages of high-precision positioning ability, simple structure and only one percent the cost of traditional impact drive mechanisms, the actuator is expected to be widely used in precision industries. __________ Translated from Optics and Precision Engineering, 2005, 13(3): 298–304 [译自: 光学精密工程]     

超声切割用压电换能器理论设计及有限元仿真

基于波动方程和频率方程,建立了电镀金刚石线锯超声切割用压电换能器的解析模型,得到了压电换能器各组成部分的结构尺寸。借助有限元分析软件ANSYS对理论设计的压电换能器进行了动力学分析和优化设计,得到了压电换能器的优化模型。分析结果表明,有限元法对压电换能器的设计和分析具有很好的指导作用。这种换能器具有良好的性能,对下一步的应用研究有重要意义。     

一种新型3-RPC柔性精密平台设计与分析

基于3-RPC并联机构提出一种由压电陶瓷驱动的新型3-RPC柔性精密平台模型,并在初始构型的基础上对移动副、圆柱副、连接运动副的连杆等进行结构的优化设计,然后采用有限元法对相同尺寸的初始构型和优化后构型进行静力学分析;采用齐次变换法,建立该机构位置正反解表达式,得到柔性精密平台压电陶瓷驱动的柔性移动副输入与上平台微位移输出之间的关系,并进行有限元软件的加载试验,验证正、反解结果;根据设计原理,得出该精密平台的原理误差,计算出功能方向与非功能方向的位移误差,同时对比输出位移和误差大小,用有限元法验证理论分析结果的正确性。研究结果表明柔性精密平台具有运动解耦,结构紧凑,控制方便的特点,具有较好的应用前景。     

菱形压电驱动器对称驱动形式的研究

为了提高压电堆栈的位移输出,该文设计了一种菱形压电驱动器。该机构以压电堆栈作为驱动元件,利用菱形位移放大器放大叠层压电陶瓷的输出位移。该文首先对三角放大原理进行了分析,接着对菱形压电驱动器在一端固定一端驱动负载和两端同时对称驱动负载两种不同的约束方式进行了理论分析,然后利用ANSYS软件对菱形压电驱动器的静、动态特性进行了有限元分析。通过分析结果可以得出,该机构的仿真放大倍数为6. 17,接近于机构的理论放大倍数7. 12,而对称驱动下的工作频率可远远高于一端驱动下的工作频率,并对该结果进行了进一步的分析与讨论。     

基于铌酸锂制作光弹调制器用压电驱动器

基于石英(SiO2)制作光弹调制器(PEM)的压电驱动器时,存在机电耦合系数小、需高压驱动且谐振频率随温度漂移严重等缺陷,故本文研究了PEM的优化设计方法。考虑铌酸锂(LiNbO3)特殊的晶体结构,从理论上推导了LiNbO3晶片作为压电驱动器的可行性,并确定其切型为zyw/35°切。基于有限元分析软件COMSOL4.3a仿真,确定了晶片体积和谐振频率,设计了LiNbO3压电驱动器。对设计出的压电驱动器进行了压电性能测试,并和SiO2压电驱动器进行了比较。将LiNbO3压电驱动器和硒化锌(ZnSe)光弹晶体组合成PEM,用671nm激光进行了光弹调制实验。实验结果表明:实现相同位移时,SiO2压电驱动器需要的驱动电压是LiNbO3压电驱动器的100多倍,且后者横向长度伸缩振动模式单一性和稳定性均优于前者。驱动电压为3.76V时,671nm的激光通过基于LiNbO3压电驱动器的PEM的调制光程差为3.7μm。得到的结果表明:基于LiNbO3压电驱动器的PEM易于驱动控制,调制性能优于基于SiO2驱动器的PEM。