压电双晶片型微位移放大机构研究

介绍了以压电双晶片作为驱动元件,由三角放大机理构造的柔性铰链机构作为位移输出的微位移放大机构.通过理论计算、建模等对微位移放大机构进行设计,制作了微位移放大机构的样机,并进行了试验.对得到的测试数据进行分析,研究结果表明,采用压电材料作为精密设备的驱动元件性能良好,所研制压电双晶片型微位移放大机构原理,可推广应用到其他...     

压电驱动超精密定位工作台的研究

研究、设计了一种压电式超精密微定位工作台。此工作台在伺服电机驱动的滚珠丝杠进给系统的基础上，采用压电陶瓷作为微位移驱动器，柔性铰链为导向机构，对工作台运动位置自动补偿，实现了超精密定位。文中对柔性铰链机构进行了合理的设计，以实现长行程超精密定位。压电陶瓷配合柔性铰链使用使工作台定位精度达到0．01μm，可满足精密、超精密加工需要。     

精密磨床辅助工件平台的设计

为补偿精密磨床砂轮的振动对加工精度的影响，设计了一台作为磨床辅助进给装置的微进给工件平台。该工作平台采用压电陶瓷作为驱动机构，弹性铰链作为预紧机构。为了避免压电陶瓷驱动器受到弯矩的作用，在压电陶瓷驱动器的顶部和动平台之间加了一个球形接头。利用弹性铰链的预紧力，实现驱动器和动平台之间的赫兹接触。高精度的电容式位移传感器用来测量动平台的实际输出并形成反馈控制系统。为了消除压电陶瓷的迟、蠕变等非线性，采用了非线性PID控制算法来实现微进给平台的实时控制。采用跟踪微分器对信号进行跟踪并得到其微分信号，提高了控制系统的鲁棒性。通过计算机仿真了所设计的微进给平台的特性和闭环控制算法的有效性。     

压电陶瓷微位移驱动技术的研究

精密异形非圆回转曲面的加工是精密加工中很重要的内容，微位移驱动技术是其中的关键技术。压电陶瓷驱动控制精度高、可操作性强，但它的输出位移小，而且对于一定的驱动电源．输出幅度与输出频率负相关，制约了它在高频响、较大幅度位移输出场合中的应用。文章首先对压电陶瓷的静、动态驱动特性进行了分析，并就特定PZT(Piezoelectric Translator)进行了实验．在此基础上提出了该类微位移驱动有效的加工范围和改善其输出特性的措施，提出了一种在较高频率下输出较大位移的方法。     

压电陶瓷微位移驱动技术研究

精密异形非圆回转曲面的加工是精密加工中很重要的内容,微位移驱动技术是其中的关键技术.目前,微位移驱动元件种类很多,从控制精度和可操作性分析,压电陶瓷驱动有其独特的优点,但它的输出位移小,而且对于一定的驱动电源,输出幅度与输出频率负相关,这在很大程度上制约了它在高频响较大幅度位移输出场合的应用.为此首先对压电陶瓷的静、动态驱动特性进行了分析,并就特定PZT(Piezoelectric translator)进行了试验,在此基础上说明了该类微位移驱动有效的加工范围和改善其输出特性的措施,并提出了一种在较高频率下输出较大位移的方法,通过对系统进行数学建模进行了分析讨论,指出了其应用前景.     

压电式微位移机构设计与实验研究

微机电系统、超精密加工等众多领域飞速发展且都需要高灵敏度的微位移致动设备,微位移技术有着广阔的应用背景.而压电驱动由于结构紧凑、位移分辨率高、频响高、承载力大、无噪声、不发热等优点成为微位移致动的较佳方案.文中设计了一种结构小巧的压电式高灵敏度微位移致动机构,对称式平行四杆柔性铰链作导向,在千级超净实验室内进行的驱动性能测试实验显示,机构位移灵敏度4 nm,位移响应速度100 ms,可应用于精密加工等需要纳米级驱动的领域.通过实验研究和分析,给出了影响压电驱动高灵敏度的关键因素.     

压电式微位移机构的现状与趋势

在精密和超精密加工与测量、大规模集成电路制造、微型机械制造、扫描隧道显微镜微测量以及精密光学工程等诸多尖端科技领域中,当运动分辩率达到亚微米级或纳米级时,压电式微位移机构在微进给定位上体现出了自身的优势。本文在介绍压电材料驱动原理的基础上,重点介绍了国内外压电式微位移机构的研究现状和一些典型样机。比较了压电式微位移机构的特点．提出了压电式微位移机构研究方向和应用趋势及应注重的问题。     

基于压电陶瓷的微进给平台的实验研究

超精密加工技术是机械制造业中最重要的部分,基于压电陶瓷的微位移机构是近年来发展起来的一种新型微位移机构,设计了基于压电陶瓷为驱动的,以弹性铰链为支撑的微进给平台.并进行了大量的试验,从中得出适于应用的线性电压一位移曲线.采用不同的升降压步长对平台进行驱动,改善了电压一位移的迟滞度.     

三维精密位移系统的设计

为满足精密位移的需要,研究开发了一种大行程、纳米级和计量型三维精密位移系统。采用模块化结构设计,即3个方向的驱动机构均采用完全相同的设计结构,分别称为X、Y、Z向一维工作台。位移系统在X、Y、Z3个方向采用粗、精两级驱动,并分别装有计量光栅。各方向粗驱动采用交流伺服电机配合精密丝杠和直线导轨进行,精驱动采用压电陶瓷微位移器配合柔性铰链进行,每个方向的两级驱动共用一套计量光栅,从而保证了位移系统的大行程、纳米级和计量型。介绍了位移系统的结构设计,分析了位移系统的位移分辨率、计量原理以及它的运动性能。实验表明,在40mm位移行程内,X、Y和Z向工作台两级驱动实际位移与设定位移之差分别不超过±0.030、±0.028和±0.033μm,验证了位移系统设计的有效性,为位移系统的设计提供了依据。     

一种新型三维精密位移系统的设计与分析

研究开发了一种新型的大行程、纳米级和计量型三维精密位移系统。精密位移系统采用模块化结构设计，三个方向的驱动机构均采用完全相同的设计结构，分别称为X、Y、Z向一维工作台。位移系统在X、Y、Z三个方向采用粗、精两级驱动，并分别装有计量光栅。其中X、Y两个方向的驱动机构水平放置且为上下层叠式，Z方向上的驱动机构垂直放置。各方向粗驱动采用交流伺服电机配合精密丝杠和直线导轨进行驱动，精驱动采用压电陶瓷微位移器配合柔性铰链进行驱动，每个方向的两级驱动共用一套计量光栅，从而保证了位移系统的大行程、纳米级和计量型。介绍了位移系统的结构设计，分析了位移系统的位移分辨率、位移系统的计量原理以及位移系统的运动性能，从而为位移系统的设计提供理论依据。     

压电陶瓷驱动微位移机构迟滞非线性改善方法研究

压电陶瓷驱动器在精密微位移系统中有着广泛的应用,但其固有的迟滞非线性严重影响系统的运动精度,使控制困难.通过数学建模方法建立压电陶瓷的迟滞曲线逆模型,并用此模型对压电陶瓷进行位移补偿,可以有效减小压电陶瓷迟滞非线性对系统精确控制的影响.提出一种用两个压电陶瓷协同驱动微动平台运动的微位移机构,通过基于迟滞逆模型的开环控制方法,对压电陶瓷位移进行误差补偿,可以实现微动平台运动与控制信号较好的线性对应关系.     

扫描隧道显微镜微位移工作台的 神经网络PID控制方法研究

提出了一种基于神经网络理论的微位移工作台控制方案。该工作台以压电陶瓷作为微位移驱动元件,对伺服电机大位移进行位移补偿。分析了压电陶瓷微位移驱动器的原理,建立了工作台的数学模型。神经网络PID控制器对工作台进行闭环控制,利用BP网络的自学习和自适应能力,实时调整网络加权值,改变PID控制器的控制系数,减小工作台的位移误差。采用专用的压电陶瓷驱动电源对工作台的位移进行了实验,相对于常规PID控制器,微位移为11.41 μm时的响应时间从1.5 s缩短到1 s,稳态位移误差从3.13％减小到1.05％,工作台的稳定性和定位精度得以提高,改善了扫描隧道显微镜的工作性能。     

DEVELOPMENT OF THE CONTROL METHODOLOGY OF THE GIANT MAGNETOSTRICTIVE ACTUATOR BASED ON MAGNETIC FLUX DENSITY

According to the principle of the magnetostriction generating mechanism, the control modelof giant magnetostriction material based on magnetic field and the control method with magnetic fluxdensity are developed. Furthermore, this control method is used to develop a giant magnetostrictivemicro-displacement actuator (GMA) and its driving system. Two control methods whose control vari-ables are current intensity and magnetic flux density are compared with each other by experimentalstudies. Finally, effective methods on improving the linearity and control precision of mi-cro-displacement actuator and reducing the hysteresis based on the controlling magnetic flux densityare obtained.     

智能微位移主动隔振模糊PID控制系统

为了解决精密加工设备的微位移隔振问题,研制了一种以压电陶瓷为作动器的智能微位移主动隔振系统。在现有数据采集系统和激振器的基础上搭建了相应的实验平台,提出将模糊-比例积分微分(fuzzy-proportional integral derivative,简称Fuzzy-PID)算法理论应用到微位移的主动隔振控制中,在实验室虚拟仪器工程平台(laboratory virtual instrumentation engineering workbench,简称LabVIEW)环境下开发了整个系统的算法控制程序,分别在扫频、随机和正弦激励信号下进行了微位移主动隔振实验。实验结果表明,受控后的振动位移大幅度降低,验证了该方法对微位移主动隔振的有效性。     

压电叠堆泵微位移放大机构的试验研究

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,该机构具有线性良好、高分辨率和高频响应等特点.     

压电旋转驱动器制作及性能测试

提出了通过控制正压力来改变摩擦力的方案,进而研制了一种以压电叠堆为动力转换元件的新型压电旋转驱动器。采用两个驱动用压电叠堆对称布置的方式设计了该旋转驱动器结构,探讨了旋转驱动器运动机理,制作了压电旋转驱动器试验样机并对其进行了试验测试。试验结果表明,该驱动器输出步长线性度较好,当驱动电压为10 V、频率为2 Hz时,驱动器旋转步长为20 μrad。分析了驱动器输出稳定性,针对存在的问题提出通过施加控制系统来有效提高不同起始位置驱动器的运动稳定性。对试验结果进行误差分析,找出了产生误差的原因,为驱动器的进一步优化设计提供了参考。研究证明了该压电旋转驱动器设计方法的可行性,利用该方法可以制作出结构简单,体积小,适合在微驱动领域中应用的驱动器。     

气动式微位移驱动器的结构设计及其性能分析

为便于精密机床的微进给控制,研究了一种新型的气压式微位移驱动器。根据微驱动器的工作原理,在简化模型的基础上,对驱动器进行了结构设计,用有限元方法分析了微驱动器与微驱动台的主要性能,并且采用实验验证了该设计的合理性。研究结果表明,该驱动器结构简单、可靠,具有良好的输入输出线性度,耦合位移很小,是一种良好的二维可控驱动方式,在精密加工与精密测量中有着广阔的应用前景。     

三自由度压电叠堆微位移放大机构的研究

提出一种应用于压电叠堆的微位移放大机构,该机构以压电叠堆为驱动元件,通过基于杠杆原理的柔性铰链二级放大机构,放大压电叠堆的输出位移,在互相垂直的三个自由度方向上通过磁性部件连接,实现三自由度方向上独立的位移输出。同时,通过仿真和试验,对其静态特性和动态特性进行研究。试验测试结果表明:该机构对压电叠堆输出位移的放大倍数达到5倍,三个自由度方向上的位移互相没有影响,并且该机构具有线性良好、高分辨率和高频响应等特点。     

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。     

压电驱动与控制技术的发展与应用

压电驱动器是利用压电体逆效应形成机械驱动或控制的一类装置。由于压电体具有反应快、精度高和抗干扰等优点,因而由其所构造的驱动与控制装置结构简单、反应敏捷,受到国内外科学家的广泛关注。目前已被开发出的压电驱动与控制装置主要有超声波电动机、精密驱动器等,并在国防、生物医学、光电子等诸多领域获得成功应用。介绍国内外压电驱动与控制技术领域的研究现状及实际应用情况,给出一些具有代表性的机构实例,同时对相关性能做出评价。