压电陶瓷驱动器动态驱动电源设计

针对大位移压电陶瓷驱动器的特点,设计了一种可动态应用的驱动电源,并给出了详细的电路原理图.对驱动电源的性能试验表明,在输入为正弦波、三角波和方波等动态信号时,该驱动电源可以很好的跟随输入信号的变化,显示出优异的动态性能.对压电陶瓷驱动器的驱动试验表明,该驱动电源具有较强的带负载能力,可满足大位移压电陶瓷驱动器的动态驱动...     

压电陶瓷迟滞特性的建模及复合控制

压电陶瓷因其具有迟滞特性,如不经处理,会对其应用产生影响.针对当期望输出与频率无关时的压电陶瓷的迟滞非线性问题,提出了一种基于极坐标的数学建模方法,同时给出了通用的PI迟滞模型,并对两种模型进行了比较.仿真结果表明仿真曲线较平滑,克服了PI迟滞算子拟合出现的毛刺问题. 根据实验结果分析了极坐标的迟滞曲线和PI迟滞曲线的拟合误差,并进一步给出了拟合方差.在该迟滞模型的基础上,引入前馈PID控制方法进行实验,给出跟踪平均绝对误差及方差,并与经典PI控制在跟踪精确度等方面进行了比较.实验结果证明了该控制方法的可行性和精确性.     

蠕动式压电直线驱动器的发展及应用

综述了国内外尺蠖驱动器的发展及其研究现状,列举了一些典犁例子,总结了尺蠖驱动器的应用领域.针对现在的尺蠖驱动器在设计、材料、控制等方面存在的问题,指出了在其研究开发中需要解决的关键技术.     

线性压电马达驱动系统的摩擦补偿控制研究

线性压电马达(LPCM)作为执行元件,自身明显的摩擦机理会降低系统跟踪精度,限制了它在光电跟踪领域的应用。为了克服该问题,结合线性压电马达驱动的某光电跟踪转台具体方案,针对马达摩擦驱动的原理进行分析。基于广义的Maxwell滑动(GMS)模型建立系统的摩擦模型,并分别针对滑动阶段和预滑阶段的相关模型进行参数辨识和模型校验。在控制系统中进一步设计引入摩擦前馈补偿环节,通过样机试验结果显示,对于幅值为0.174rad、频率为0.159Hz的等效正弦引导,在传统控制策略基础上结合采用的摩擦前馈补偿方法,系统位置跟踪均方根(RMS)误差值仅15μrad,相比Coulomb摩擦前馈补偿的控制方法提高了42.3%,且误差尖峰削弱明显,减少了73.8%。满足光电跟踪实际应用中对线性压电马达驱动系统的要求。     

压电驱动器研究与应用中的若干新进展

作为新型功能材料驱动器家族中的重要成员,压电陶瓷在工业生产和日常生活中得到了广泛的应用。由压电陶瓷构成的精度高、控制方便、能耗低的驱动器,在精密伺服控制系统中具有独特的技术优势。详细阐明了压电驱动器的独特优点,概述了其结构类型与应用分类。在此基础上,综述了该驱动器研究与应用中的若干热点以及未来的发展趋势。     

提高蠕动式压电直线驱动器输出力的研究进展

蠕动式压电直线驱动器具有大位移行程和高位移分辨率的特点,但是箝位机构利用静摩擦力输出负载的方式大大限制了系统的进给刚度和输出推力.从箝位机构的结构类型、运动方式以及和新材料新技术的交叉应用等方面,介绍了几种典型尺蠖驱动器的研究进展,为提高系统的输出力,指出了今后的研究方向.     

压电陶瓷执行器多模时变滑模逆补偿控制

针对压电陶瓷执行器的迟滞问题,设计多模时变滑模逆补偿控制器对压电陶瓷执行器进行控制.首先,利用Preisach逆模型对迟滞进行串级补偿.然后,针对补偿后的压电陶瓷执行器,设计滑模变结构控制.为了消除滑模控制的到达过程,采用带指数项的滑模面.为了消除系统的静态误差,同时也减小超调,设计一个普通时变滑模面和一个带积分项的时变滑模面,采用多模控制的思想对所设计的两个滑模控制进行切换.并且通过模糊控制方法确定两个滑模控制器的切换时刻.另外,用滑模面代替切换函数有效地消除了抖振.实验结果表明,所采用的多模时变滑模逆补偿控制,消除了滑模控制的达到阶段和抖振,两个滑模控制平滑切换,克服了压电陶瓷执行器的迟滞非线性,提高了控制精确度,跟踪的平均绝对误差为0.0135 μm.     

压电驱动器驱动电源设计

针对提高电源的输出质量、容性负载的响应速度等设计要求,设计了一种基于PA78的电压控制型压电陶瓷驱动电源。从理论角度研究了电压控制型驱动电源特点并初步制定了设计方案,以PA78高压功放作为核心器件,对驱动电源的核心电路、直流稳压电路及放电回路等进行设计。在此基础上,对驱动电源电路的稳定性、频响特性等关键性能进行研究。最后搭建了驱动电源测试系统,在容性负载情况下,对驱动电源的线性度、纹波电压等基本性能进行测试和分析,实验结果表明所设计的驱动电源满足设计要求。     

整体对称结构的压电步进型精密直线驱动器

介绍了近年国际上压电型精密驱动器的典型结构、工作原理和特点.在此基础上,提出一种新颖的以压电叠堆为驱动元件的整体对称结构的精密直线驱动器.这种整体对称结构采用双侧对箝、精调斜块对及整体加工等独特的结构和工艺手段,保证了驱动器工作的稳定性和准确性.对该步进型精密直线驱动器进行了大量试验,说明驱动器具有实用性.     

叠层型压电驱动器技术及实验研究

叠层型压电陶瓷利用逆压电效应可以得到精确的微位移量.介绍了叠层型压电驱动器的性能特性.并基于正交三角放大原理设计了一种微位移放大机构,使其将叠层型压电微位移器的位移量放大.实验结果表明,驱动器各项指标均达到设计要求,证明了设计理论的正确性.     

Micro Piezoelectric Ultrasonic Motors

This paper reviews recent developments of micro ultrasonic rotary motors using piezoelectric resonant vibrations. Following the historical background, four ultrasonic motors recently developed at Penn State University are introduced; windmill, PZT tube, metal tube, and shear-type motors. Driving principles and motor characteristics are described in comparison with the conventional ultrasonic motors. Motors with 1.5 mm in diameter and 0.8 mNm in torque have been actually developed.     

直线型超声波电动机压电作动器的位移特性研究

由于压电作动器的位移特性对直线超声波电动机的性能有较大的影响,以单层和叠堆压电陶瓷作动器为对象,分别通过理论和计算机模拟对其位移特性进行分析,得出了影响压电作动器位移特性的主要因素,为研制新型叠堆压电陶瓷作动器和开发精密直线型超声波电动机提供理论参考。     

国内外直线超声电机的研究现状及关键技术

分析了直线超声电机的优点，按时间顺序介绍了国内外直线超声电机的研究状况，并给出了一些典型的电机形式及其工作原理；提出了当今直线超声电机研究中存在的问题及需要加强研究的关键技术。     

新型单振子多自由度超声波电机

提出一种基于压电陶瓷平面内应变的多自由度超声波电机。该电机的定子由中空金属圆柱加工而成,圆柱的四周加工成4个互相垂直的平面,上面分别粘贴四片沿厚度方向极化的钛锆酸铅(lead zirconate titanate,PZT)压电陶瓷。利用压电陶瓷在垂直极化方向平面内的变形,激励定子绕Z轴的扭转振动模态,实现转子绕Z轴的转动;激励在定子中固有频率接近、振动方向相垂直的伸缩振动模态和弯曲振动模态,并通过振动的叠加使定子末端质点产生绕X轴或者Y轴的椭圆运动,实现转子绕水平轴的转动。采用有限元方法对电机的定子进行分析设计,建立电机样机实验系统并测定样机的振动特性及输出机械特性。实验结果表明基于压电陶瓷平面内应变的电机可以实现绕3个互相垂直轴的多自由度转动。     

一种矩形振子新型压电直线电机

分析了振子面内弯曲模态的激发原理及电机的驱动机理。通过Ansys分析计算,得到了压电振子面内两种弯曲模态的频率,并对压电振子及电机结构进行了设计。研制了一种基于矩形复合层板面内弯曲模态压电直线电机,并进行了相应的实验研究。研究表明：当激励信号电压为380 V,频率为65.2 kHz时,电机最大运行速度约为458.3 mm/s,驱动力为2.2 N,且正反向运行良好。     

一种新型超声电动机耦合振子的动态特性研究

介绍了用有限单元法对一种新型超声电动机耦合振子的动态特性研究.计算结果和实验结果符合.另外,还研究了耦合振子各组成部分的尺寸和形状对频率和振型的影响,以找到它们的最佳组合.     

超声波电机定子振动模型的一维解析

在简述了行波型超声波电机工作原理的基础上,重点讨论了该类型电机定子的一维振动模型,由此对超声波电机的振动特性进行了数值计算。最后对所计算的样机进行了实验,并将其与数值计算结果进行了比较,证实了所提方案的准确性。     

Analysis of primary-on-slider ultrasonic piezoelectric actuators and experiments on multidegree of motion freedom plane actuator

Recently, various machines and tools have been miniaturized, and with this trend, the size of an actuator becomes a very important factor. An ultrasonic actuator is different from other actuators using electromagnet force in the driving principle. The structures of an ultrasonic piezoelectric actuator is simple. An ultrasonic actuator converts the ultrasonic mechanical energy to mechanical thrust force by a friction force. Based on this idea, various ultrasonic actuators have been proposed and experimentally constructed. In this paper, the basic characteristics of a piezoelectric actuator are analyzed theoretically. The relationship between the thrust force and the weight force is clarified and verified by experiments. Various prototypes of plane ultrasonic piezoelectric actuators are constructed experimentally, and the fundamental characteristics are measured.     

纵扭型压电超声电机的设计及有限元分析

介绍了纵扭复合型压电超声电机的工作原理，分析了定子驱动表面质点的运动轨迹，并对电机的一种结构进行了详细的有限元分析，最后对电机进行了扫频实验，电机的机械性能实验表明电机的最大扭矩达0.25Nm。     

双面激振矩形复合压电振子的有限元分析

基于Ansys的压电耦合场,对复合压电振子进行模态,谐响应分析。通过模态分析了解振子的动态力学特性,得到振子的固有频率和振型;通过谐响应分析得到振子在简谐激励下的稳态响应,并得到振幅对频率的变化曲线,实现了矩形复合式压电振子的电压加载分析并利用瞬态分析模拟了振子的椭圆运动轨迹,对双面激振和单面激振效果进行了对比,结果表明双面激振更具优势。