等间距螺旋电极压电驱动器制备与静态性能测试

基于阿基米德螺线方程提出一种等间距螺旋电极压电驱动器,该文分析了其电极结构与驱动原理,采用丝网印刷法对该驱动器螺旋电极进行了印制,并完成待测元件的制备。搭建了位移测试平台测试元件的静态性能,并对其静态的径向位移及平面扭转角进行了研究。试验结果表明,直径?25 mm、厚2 mm、电极宽0.6 mm、电极中心距1.2 mm的等间距螺旋电极压电驱动器在频率0.5 Hz、电压200 V的正弦激励信号作用下,径向峰值位移可达1.02μm,为传统电极压电元件的1.57倍,扭转角度可达0.12 mrad,与传统型压电驱动器相比,该元件具有较大的径向位移输出,且产生的扭转角度明显。     

基于Si弹性层优化的悬臂梁式微压电驱动器

基于压电材料的逆压电效应,设计并制备了悬臂梁式微压电驱动器,通过电能到机械能的转换,完成装置的位移输出任务。基于悬臂梁式微压电驱动器的设计和仿真,得出该微驱动器Si弹性层的最佳厚度为0.12 mm,仿真结果显示压电层与弹性层厚度比为2~3时,尖端位移输出较大,并模拟了其电压-位移输出情况。采用共晶键合的工艺制备了以PZT-5H为压电层、Au为电极层和Si为弹性层基板并带有Si质量块的微压电驱动器,搭建了直观的激光反射装置作为实验测量系统,测量出在100 V电压条件下,该驱动器的最大输出位移为60μm,最大偏转角为1.948°,在0~100 V初始阶段仿真结果与实验结果具有较高的吻合度,平均相对误差为0.3095。     

精密直线压电驱动器的设计与研究

针对现有直线驱动器精度及输出位移受限等问题,该文基于改进的尺蠖原理,以压电陶瓷堆为动力源设计了一种新型精密直线驱动器。首先介绍该驱动器的结构原理、运行过程及实现方式,然后对该驱动器所用压电陶瓷的特性进行分析,并采用ANSYS对主要部件进行有限元分析。本驱动器采用特有柔性铰链结构和柔性箝位片设计结构,可实现双向移动和输出位移不受限,有效弥补了现有驱动器的一些不足,实用价值较高,有望在微驱动领域推广与应用。     

压电谐波电机承载能力的研究

以保证柔轮与刚轮的正常啮合为条件,引入计算径向变形量系数,设计径向变形量系数以及允许位移损失系数,通过确定位移放大机构输出端允许位移损失量或柔轮的实际径向变形量,计算压电谐波电机承载能力。建立了压电谐波电机承载能力的设计准则,是包括压电驱动器驱动能力选择以及其他结构尺寸设计与校核的主要依据。其输出扭矩与压电驱动器与位移放大机构的刚度成正比,与柔轮变形力、轮齿啮合角以及摩擦系数成反比。克服了基于压电驱动器最大驱动能力建立压电谐波电机输出扭矩方法的缺陷。该模型也可用于采用超磁致伸缩等其他驱动器的谐波电机承载能力的计算。设计计算表明,相对于一般原动机,压电谐波电机能提供较大的输出扭矩。     

柔性压电式微位移机构动态特性的实验研究

设计了一种压电式微位移机构,采用对称杠杆式柔性铰链放大机构对压电陶瓷输出位移进行放大,弥补了压电陶瓷位移行程过小的缺点.对微位移机构力学模型和压电陶瓷驱动器的动态特性进行了分析,指出压电陶瓷驱动器动态响应的迟滞非线性是影响压电式微位移驱动器控制性能的一个关键因素,直接关系到控制精度的提高,必须采取适当的控制算法予以修正.采用前馈控制同数字PID控制相结合的复合控制算法对柔性压电式微位移机构的控制过程进行校正补偿,建立了动态特性的闭环校正控制系统.实测结果表明,机构的动态响应时间显著缩短,实现了机构的快速响应.     

基于GRU神经网络的晶圆测试工艺控制方法

压电驱动器位移输出的非线性特性,如迟滞的记忆特性及速率相关性,使压电驱动器的建模与控制较难.该文提出了一种基于门控循环单元(GRU)的新型位移输出控制方法.建立相应的位移输出实验平台来验证和分析压电驱动器的滞后现象.使用GRU模拟滞后的内存特性及采用两个全连接层来模拟速率依赖性.该模型是一个端到端系统,其中压电陶瓷和位...     

压电惯性驱动器理论分析与应用测试

为了探究压电驱动器的输出性能及提高压电驱动机构的性能,该文对“十”字型压电惯性驱动器进行了理论分析与应用测试。首先说明了驱动器结构组成与驱动机理;然后利用弹性力学理论对驱动器进行了理论分析,得出驱动器弹性振动位移表达式,给出了影响驱动器性能的影响因素;最后对驱动器进行实验应用测试,将其用于驱动盲文柔性点显装置。结果表明,该驱动器能较好地实现系统驱动,放大柔性薄膜凸点的位移输出,柔性薄膜触点凸出明显,性能良好。验证了用这种压电惯性驱动器实现系统驱动是可行且有效的。     

螺旋电极压电扭转驱动器的设计与有限元分析

该文设计了一种新型叉指型电极（IDE）结构形式的螺旋电极压电扭转驱动器,推导并建立了螺旋电极平面有效电极区域内点的应变理论方程。利用ABAQUS对该理论方程进行验证,并着重研究了电压、径向尺寸、圆盘厚度对该压电驱动器应变的影响。结果表明,螺旋电极压电扭转驱动器能够产生较大的切向应变和径向应变输出;增大电压,减小压电圆盘径向尺寸和压电圆盘厚度,有利于提高驱动器的驱动性能;在螺旋角、压电圆盘径向尺寸和电压一定时,螺旋电极压电扭转驱动器的切向应变达到普通电极型的17.5倍,径向应变是普通电极型的16倍。     

基于分时驱动方法压电堆响应速度的研究

为提高压电驱动器响应速度,提出了一种超快速分时驱动方法。它通过考虑压电堆内部应力波传播对响应速度的影响,对各压电层进行分时驱动以提高其整体响应速度。通过COMSOL Multiphysics有限元仿真软件对所提出的模型进行了仿真分析,并通过实验结果得到了验证。相比于传统的同时驱动,分时驱动下压电驱动器的整体响应速度提高为原来的1.92倍;另外,分时驱动可以实现对各压电层产生应力的线性叠加,在不改变驱动器响应速度的前提下获得更大的输出位移。     

基于自适应逆控制的压电驱动电源

为了减少压电驱动器迟滞非线性,提高微系统的定位精度,该文设计了基于自适应逆控制的压电驱动电源。选用型号TMSF320F28335的数字信号处理(DSP)芯片,对信号调节器、前级DC-DC的Boost升压电路和后级DC-AC的单相全桥逆变电路进行设计分析。在CCS6.0软件开发环境下进行编程,实现了SPWM驱动信号的生成、对位移信号进行AD采样和Prandtl-Ishlinskii自适应逆模型的功能。为了验证所设计的压电驱动电源的自适应控制性能,采用压电陶瓷驱动器开展了基于自适应逆的驱动控制实验。结果表明,在不采用控制的条件下,1 Hz时压电陶瓷驱动器的输出位移均方根误差(RMSE)为3.239 5 μm,绝对值平均误差(MAE)为2.985 1 μm;随着频率的增加,20 Hz时RMSE、MAE的最大值分别为21.402 9 μm、19.306 2 μm。使用基于自适应逆控制的压电驱动电源,1 Hz时RMSE为0.324 9 μm,MAE为0.265 6 μm;20 Hz时压电陶瓷驱动器的输出位移RMSE为12.639 μm,MAE为11.956 1 μm。     

一种高效压电旋转驱动器的设计和研究

为解决压电双晶片旋转驱动器能量利用效率低,转动力学性能差等问题,设计了一种高效压电旋转驱动器。驱动器以压电双晶片组为原动件,通过双离合器机构耦合,将双晶片组正、反两个方向产生的扭转运动全部转化为连续旋转输出,提高了能量利用效率。通过双晶片组对称结构的设计和安装,改善了驱动器力学性能和刚度。通过有限元仿真分析和实际测试,驱动器转速与驱动信号的频率电压基本成线性关系,驱动器承载能力明显提升。驱动器结构紧凑,体积小,普通正弦信号即可驱动,不需要特殊驱动信号或专门时序控制电路,运行稳定可靠,控制简单高效,适用于微驱动领域。     

两种新型压电作动器在振动控制中的应用研究

对弓型压电片作动器(APA)和Π型压电堆作动器(PISA)两种新型压电作动器在振动控制中的应用进行了研究,并给出了两作动器的输出作动弯矩与驱动电压的关系式.将它们应用于一垂尾模型的第1阶弯曲(一弯)和第1阶扭转(一扭)模态响应控制中,建立了该压电主动振动控制系统的状态空间模型,采用二次最优控制(LQR)策略设计控制器,并进行了控制系统的闭环仿真.结果表明,APA在垂尾模型一弯一扭模态控制中的性能优于PISA.     

高压共轨压电堆执行器测控系统开发研究

针对柴油机高压共轨燃油喷射系统压电堆执行器的研发需求,研制了压电堆执行器测控系统,设计了压电堆执行器测试台架,开发了压电堆执行器驱动电路和基于Labview的上位机监控系统。通过测试中电集团第26所的一款压电堆执行器的迟滞特性、蠕变特性、刚度特性和动态特性,验证了该测控系统的准确性。     

大位移交叉环形电极压电驱动器结构优化

设计一种交叉环形电极与压电圆盘驱动器相结合的交叉环形电极（CREs）压电圆盘驱动器,利用分析软件ABAQUS进行静力学分析,着重研究CREs型压电圆盘驱动器电极结构几何尺寸以及驱动器厚度对驱动器径向驱动性能的影响。研究结果表明,减小电极中心距与驱动器厚度,有利于提高驱动器的驱动性能;加载相同电压,CREs型压电圆盘驱动器的径向夹持应力能达到普通型的2.1倍,径向自由应变能达到普通型的3.4倍。CREs型压电圆盘驱动器性能研究为CREs型压电圆盘驱动器的设计制造提供了一定的理论依据。     

环形电极压电驱动器极化电压和力学性能分析

提出一种新型环形电极压电驱动器,运用ABAQUS软件对此驱动器进行电场和力学分析。着重研究环形电极分支中心距和电极宽度对极化电压和驱动性能的影响,并与普通形电极压电驱动器的极化电压和驱动性能对比。结果表明,环形电极压电驱动器的极化电压为普通形电极的1/2,环形电极结构降低压电驱动器对极化电压的要求;减小电极分支中心距、增大电极宽度,有利于降低环形电极压电驱动器的极化电压;当工作电压为90 V时,环形电极压电驱动器的径向夹持力达到普通形电极的5.2倍,径向自由位移达到普通形电极的2.6倍。     

新型摩擦变化式压电惯性驱动器

由于目前压电惯性驱动器普遍采用非对称性信号激励,驱动信号发生与控制系统复杂,该文提出采用对称电信号激励压电元件产生往复相同的惯性冲击力,通过控制机构和支撑面之间的摩擦力,使驱动器定向运动,形成有规律的新型压电惯性驱动器的研究方案.分析了驱动器的工作原理及结构特点,建立了驱动器的动力学模型,设计研制了基于V型导轨的摩擦变化式压电惯性驱动器样机并进行了仿真分析与试验测试,结果表明,提出的新型驱动器具有输出性能稳定,负载特性好,重复定位精度较高等特点.     

压电驱动的六足爬行机器人的设计与制造

该文提出了一种基于压电驱动的六足爬行机器人的整体设计与制造方案,并对六足爬行机器人进行了动力学建模。介绍了爬行机器人碳纤维连杆传动机构的原理,并提出了各部分零部件的加工方案。介绍了压电驱动器多层材料叠合的复合结构加工工艺,对压电驱动器进行了性能测试,并将其应用到爬行机器人样机上。在280 V的直流偏置电压下,总质量4.631 g的爬行机器人样机完成了爬行运动测试,验证了压电驱动的六足爬行机器人设计方案的可行性。     

双晶片压电驱动器的研究

为实现较大的驱动力和速度,提出一种新型压电驱动器,研究了驱动器输出性能随压电泵工作腔数、频率的变化规律。制作驱动器,分别进行十腔串联压电泵/五腔压电泵并联、3~5个压电振子工作、50~400 Hz频率下的输出试验。结果表明,压电泵并联时驱动器的最佳输出功率较大;工作的振子数目不同,存在不同的最佳频率使驱动器的输出速度最大,相同的频率使输出推力最大;最佳频率时,驱动器的输出与工作的振子数目呈正比。在150V、380Hz时驱动器输出功率最大,此时输出速度和推力是10.72mm/s、57.7N。     

微动平台压电作动器低频模型

针对六自由度平台的低频扰动,设计出一种用于低频隔振的压电作动器.通过作动器动态实验系统实验分析输入电压-输出力关系,结果表明,在低于25 Hz的动态电压驱动下,输入-输出不符合压电效应.因此,建立适用于平台低频控制的作动器低频双折线模型,并通过实验表明,所建低频模型能很好的吻合作动器的实际特性.