纳米级步距压电电动机的精密驱动电源

介绍了一种基于尺蠖运动原理的纳米级步距压电电动机,提出了一种新型的压电陶瓷驱动电源,并给出了详细的电路原理图。对压电陶瓷进行的动态驱动实验表明,在输入三角波、方波、正弦波等动态信号时,该驱动电源可以很好地跟随输入波形的变化,实现了输入电压为0~5 V时,输出电压在0~200 V内连续可调,具有40 mV的高分辨率和较为理想的静特性。纹波电压小于±10 mV,电源在100 kHz范围内具有良好的频响特性。     

基于单传感器的大行程纳米级混合直线执行器

为了突破拥有多个传感器的独立叠堆混合执行器的局限性,一种新式的混合直线执行器结合了具有极高分辨率的压电系统和具有大行程范围的电机系统.为了减少间隙,选择了进给丝杆作为传动机构.为了提高绝对定位精度,控制器仅依赖于一个位移传感器,从而同时完成了粗动与精动的定位控制.针对提高天线指向控制系统的整体性能,设计了特定的混合直线执行器的控制系统.通过测试原理样机,最终验证了该系统从启动到稳定,每一个动作都能充分体现出压电执行器与电机执行器混合的优势.     

压电驱动三维纳米这位系统的研究

在纳米科学与技术领域,纳米定位技术是实现纳米加工与测量的关键技术.本文作者采用柔性铰链为弹性导轨、压电陶瓷为微位移驱动器,设计了一种新颖的三维纳米定位机构.给出了其刚度公式和动力学模型,对压电陶瓷的压电误差及其补偿方法进行了分析.结合激光干涉仪微位移检测装置.设计并研制了数字闭环控制的三维纳米定位系统.验表明,该纳米定位系统定位精度优于±0.03 μm,定位分辨力3 nm.最大定位时间40 ms.     

基于压电驱动的纳米级精密定位系统的研究

利用压电陶瓷致动器作为驱动元件设计了X-Y两自由度精密定位工作台,并利用有限元分析法对机构进行了优化设计,采用电阻应变片作为微位移检测传感器,在此基础上设计了闭环控制器,该控制器包括压电陶瓷驱动单元、微位移传感器检测单元和中央处理单元,最后利用PID控制法进行了闭环控制实验研究。实验结果表明,本系统具有较好的控制品质和优异的动态性能,在对10μm×10μm两自由度工作台的控制中,闭环控制精度达10nm,阶跃响应的稳定时间小于8ms。     

压电陶瓷电机驱动的三维微动定位平台及验证

压电陶瓷电机具有高分辨率和压电驱动装置的动态特性,具有体积小、结构紧凑、成本低、输出力大、响应快、精度高、无电磁干扰等特点,但存在滞后误差、垂向位移误差,行程短的问题,尤其在电极损耗后,补偿量增大,严重影响了定位精度和难以满足三维加工的工作要求。该文通过对压电陶瓷电机驱动的百毫米以上超精密加工三维结构平台的性能研究,采用宏微双驱动协调控制,实现大行程和小步距的有机结合,对微动精密工作台性能进行实验,得到了平台运行的特性曲线。结果表明该机构的动态性和稳态性能良好,实现超低速、响应快、超高分辨率、高精度的双向步进运动,可以达到亚微米至纳米量级的定位精度,满足极微细电火花加工的高精度要求,为进一步研究压电陶瓷电机在超精密运动系统的应用、提高系统的定位精度,提供科学依据。     

压电陶瓷电机驱动的三维微动定位平台及验证

压电陶瓷电机具有高分辨率和压电驱动装置的动态特性,具有体积小、结构紧凑、成本低、输出力大、响应快、精度高、无电磁干扰等特点,但存在滞后误差、垂向位移误差,行程短的问题,尤其在电极损耗后,补偿量增大,严重影响了定位精度和难以满足三维加工的工作要求。该文通过对压电陶瓷电机驱动的百毫米以上超精密加工三维结构平台的性能研究,采用宏微双驱动协调控制,实现大行程和小步距的有机结合,对微动精密工作台性能进行实验,得到了平台运行的特性曲线。结果表明该机构的动态性和稳态性能良好,实现超低速、响应快、超高分辨率、高精度的双向步进运动,可以达到亚微米至纳米量级的定位精度,满足极微细电火花加工的高精度要求,为进一步研究压电陶瓷电机在超精密运动系统的应用、提高系统的定位精度,提供科学依据。     

基于纳米定位的压电陶瓷驱动器二进制控制

由于压电陶瓷驱动器(PZTA)具有体积小、位移输出精度高等优点,因而它在超精密定位和微机电系统(MEMS)中得到了广泛的应用,但其本身固有的非线性和迟滞等缺陷,降低了其位移输出精度。为了克服这些缺陷,采用开环二进制控制原理控制PZTA,不仅可以有效地克服其非线性和迟滞缺陷,使PZTA的位移输出精度达到±26.9 nm,而且无需反馈控制回路和检测元件,使控制系统结构简单,降低了成本,便于集成到MEMS中。     

基于压电动力的双级式驱动器

采用双级结构，以满足驱动器的多种功能要求。利用压电陶瓷的高响应速度特性，设计出基于动力学惯性粘-滑原理的变换机构，实现驱动的自锁与步进；利用液力放大器对驱动力、位移分辨力加以提高。对双级式驱动器进行了实验研究，结果表明，双级式驱动器具有2～3nm的位移分辨力、不小于200N的驱动力、良好的自锁性能与位置保持精度。     

基于压电陶瓷驱动的微操作手研究现状

微操作手是微操作机器人的重要组成部分 ,首先介绍了国内外研制的几种典型微操作手。在此基础上 ,对于微操作手的关键技术 ,从机构、驱动、传感、检测几个方面进行了论述 ,在机构上 ,介绍了微位移定位机构的特点 ;在驱动方式上 ,论述了压电陶瓷的驱动方法 ;在微位移检测上 ,介绍了几种纳米微位移检测手段。最后 ,阐述了微操作手的发展趋势 :微型化、集成化、智能化 ,达到纳米级或更高的定位精度     

基于压电陶瓷驱动的微操作手研究现状

微操作手是微操作机器人的重要组成部分,首先介绍了国内外研制的几种典型微操作手.在此基础上,对于微操作手的关键技术,从机构、驱动、传感、检测几个方面进行了论述,在机构上,介绍了微位移定位机构的特点;在驱动方式上,论述了压电陶瓷的驱动方法;在微位移检测上,介绍了几种纳米微位移检测手段.最后,阐述了微操作手的发展趋势:微型化、集成化、智能化,达到纳米级或更高的定位精度.     

压电马达驱动控制电路的研究

分析和设计了一种频率可调式小型化压电马达驱动控制电路,能够输出单路和双路信号(相位差为90°),驱动控制驻波型和行波型压电马达,并实现了无线遥控,输出频率范围在0～150 kHz,输出电压可以通过改变变压器的匝数比进行调节.通过实验证实了这种驱动电路能够满足压电马达驱动的要求.     

压电式微定位工作台及其控制系统

为了提高机床的定位精度，研究、设计了一种以柔性铰链为导向元件、压电陶瓷为驱动器的微定位工作台。微定位工作台在滚珠丝杠副驱动的基础上，对工作台进行了二次精定位。给出了工作台的设计简图，并对其动力学模型进行了分析，结合检测装置和微机控制系统，设计了基于前馈控制同数字PID反馈控制相结合的复合控制的微定位控制系统。实测表明，微定位工作台定位分辨率可达到0．01μm，可满足精密、超精密加工的需要。     

压电陶瓷控制系统及其在激光器中的应用

以压电陶瓷微位移驱动原理为基础,分析了激光器腔长控制原理,进而设计了一个包括单片机、压电陶瓷驱动电源、信号采集及处理电路、显示电路组成的闭环控制系统。该系统能自动寻找到激光器工作的最佳状态,并维持在该状态。     

压电马达用压电陶瓷的研究

采用传统的电子陶瓷工艺制备了高性能四元系压电陶瓷 (PZN- PMS- PZT- r Mn O2 )。考察了不同剂量的锰掺杂对压电陶瓷的介电性能和压电性能的影响 ,即室温介电常数 ε、介电损耗 tanδ、居里温度 Tc、机电耦合系数 kp、压电常数 d33和机械品质因数 Qm。随着 Mn含量的增加 ,ε和 tanδ均减小 ;由于内偏置场的影响 ,居里温度 Tc随锰含量的增加而增加。kp 和 d33随 Mn含量的增加而减小 ;而 Qm 表现出较复杂的变化规律 ,随 Mn含量的增加 Qm先增加 ,当 r=0 .2 %时 ,达到最大值 10 0 0 ,当 r>0 .2 %时 ,Qm 下降。实验结果表明 :当 r=0 .2 %的锰掺杂压电陶瓷比较适合制作压电马达 ,其压电性能为 ε=12 0 0、tanδ=0 .0 0 4、Tc=349°C、kp=0 .6 0、d33=380 p C/ N和 Qm=10 0 0     

压电线性马达与纳米马达

国外对压电线性马达的研究已经进行了有些年了，并已有较为成熟的应用，它利用压电陶瓷基片或薄膜、电致伸缩材料等功能部件实现驱动。主要特征是能够提供较大的横向输出力。同时。又可能实现超高精度和小位移——毫米级的位移行程和原子级的精度。一般用空载速度、最大推进力、效率及其他一些参数来表表压电线性马达。该文首先介绍几种类型的压电线性马达。包括它们的结构、运行原理和特性等。然后再介绍纳米马达，应该指出，纳米马达是压电线性马达的发展。其特点是能够实现纳米级精度的位移。国外已经在精密仪器、航天航空、自动控制、办公自动化、微型机械系统、微装配、纳米定位等领域得到了实际应用。     

回转式压电微角度电动机的反馈控制系统设计

介绍了一种采用"推拉接力原理"设计的压电微角度电动机.通过TMS320LF2407型数字处理芯片(DSP)产生6路方波,将其中两路转换成三角波与两路方波相匹配作为四路控制信号.采用直流放大驱动电源将控制信号放大驱动压电电动机,电动机通过圆光栅检测回转角度并把检测值传递给数字处理芯片,从而进一步调整输出的控制信号.整个系统实现闭环控制,同时实现压电微角度电动机的匀速连续转动.电动机的最小单步角位移可达2″.     

超声压电马达矩形复合板振子的耦合振动分析

以矩形复合平板为对象，根据弹性薄板理论，确定复合板的等效弹性常数，导出复合平板的弯曲振动方程；并利用表观弹性法，建立了振子共振频率的简单解析表达式。由于计算方法简单，所以这种方法可供科研及工程设计人员参考     

行波型超声电机速度测控系统的研究

研制了一种行波超声电机速度的计算机测试控制系统。实验结果表明，该控制系统可以准确测试本中心研制的φ45mm压电行波型超声电机的启动关断性能，并解决了压电行波型电机由于长时间运转发热产生谐振频率漂移导致电机转速下降的问题，能进行频率跟踪，从而保持电机转速的稳定。     

二维弯曲矩形板压电振子型超声马达研究

提出了一种具有凸起物的单矩形板压电振子型超声波马达，利用矩形板的二维弯曲振动合成了凸起物顶部的椭圆运动，并通过制作与试验，测试了样机的速度与功率比性能，验证了其工作的可行性。