新型柔性放大机构的动力学前馈复合控制方法

纳米级精度微位移驱动与控制通常使用压电陶瓷驱动器驱动柔性机构来实现.但是压电陶瓷驱动器行程较小,需要使用柔性放大机构对其位移进行放大,并且压电陶瓷驱动器存在蠕变和迟滞等非线性特性,而这些非线性特性极大影响了其输出位移经放大机构放大后的运动精度.针对以上两点,将传统桥式机构的4条桥臂用Scott-Russell机构代替,...     

惯性式压电陶瓷驱动器的研究

详细讨论了惯性式压电陶瓷驱动器的驱动原理,建立了惯性式压电陶瓷驱动器的动力学模型,从理论上分析了驱动器的驱动电压与驱动力、位移之间的关系,作出了驱动电压与驱动力、位移之间的关系图,通过实验得到的数据作出驱动电压与驱动力、位移图,理论分析结果的图像与实验结果的图像是一致的,证明所建立的贯性式压电陶瓷驱动器动力学模型是合理的。     

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。     

用于微振动主动控制大位移压电堆驱动器设计

首先对压电堆驱动器的静态驱动特性进行了系统的理论分析,为压电堆驱动器的结构设计奠定理论基础。在此基础上,对压电堆驱动器的动态驱动特性及其结构模态等的测试方法进行了研究,从而为压电堆驱动器有效的应用于各类微振动主动控制系统奠定基础。最后设计并制作了一台大位移压电堆驱动器,对其各项性能进行了理论计算和实验测试,结果达到了预期设计要求,并成功应用于某微振动主动控制系统中,取得了良好的主动振动控制效果。     

微进给刀架中位移放大机构的优化设计

基于压电陶瓷驱动的刀具微进给机构是满足精密加工的重要途径,为进一步增加微进给刀架驱动位移,在微进给刀架中增加一种柔性铰链微位移放大机构,增加压电陶瓷驱动器输出位移。该文设计了4种微位移放大机构,理论计算了静态刚度,利用ANSYS软件对4种微位移放大机构进行了建模和有限元数值仿真分析,对比了不同类型的微位移放大机构的放大倍数、负载能力和应力情况等静态特性,为优化设计刀具微进给机构打下良好基础。     

新型压电扭转驱动器的设计与试验研究

为实现压电扭转驱动器结构的简化,提高能量使用效率,设计了一种新型压电扭转驱动器.使用压电陶瓷双晶片在外加电场下的弯曲位移,通过简单的运动转换机构实现扭转位移的输出.采用激光反射测角法对驱动器输出的微小角度进行了测量,并与有限元仿真结果进行了比较.通过试验证明该方法制作压电扭转驱动器的可行性,并进行了误差分析,为进一步优化设计提供了理论依据.     

压电驱动器电压及其频率对驱动速度的影响

为探究压电陶瓷驱动器电压及其频率与驱动速度的关系,利用压电陶瓷的应力应变关系导出了位移的二阶微分方程。通过解该微分方程,得到了基于输入电压的压电陶瓷驱动器位移和速度的解析表示。利用压电陶瓷驱动器速度的解析表示,证明了对任何给定的时间,压电驱动器的速度与输入电压的幅值成线性关系;频率与驱动器速度的关系是一条幅值不断变化的连续余弦曲线,随着给定时间的增大,曲线的峰点逐步远离纵坐标轴,余弦曲线的频率也逐步增大。     

气压式血液循环驱动器预防骨科术后下肢深静脉血栓

为提高压电陶瓷驱动的微定位工作台的模型精度,提出了一种基于动态递归神经网络的建模方法.压电陶瓷具有极高的位移分辨率,但存在着迟滞非线性.分析了压电陶瓷驱动器的结构和特性,利用动态神经网络的自反馈结构和自学习能力,建立起工作台的网络模型,通过在线调整模型结构和参数,减小了工作台的建模误差.测量工作台的定位数据对网络模型进行了训练,实验结果表明,当工作台最大行程为80 μm时,平均定位误差0.07 μm,最大误差0.09 μm,比采用静态网络模型有了一定的提高.     

一体双驱对称式压电悬臂梁微驱动器

设计了一种一体化加工的双驱对称式压电悬臂梁微驱动器。对压电驱动器工作原理、压电驱动器在准静态工况与共振工况下的输出特性进行了理论分析,确定压电驱动器几何尺寸。介绍了压电驱动器的多层复合结构与一体双驱的实现方式。制作了压电驱动器样机,并通过有限元仿真分析与测试实验相结合的方式得到压电驱动器的阻抗特性与输出特性曲线。将压电驱动器运用在轮式机器人,验证了设计的可行性。     

基于电流与电压复合控制的压电陶瓷驱动器

针对电压控制型压电陶瓷驱动器存在动态性能差的问题,及电流控制型压电陶瓷驱动器存在在静态下易充电饱和、难以获得稳定输出的问题,该文设计了基于电流与电压控制的复合型压电陶瓷驱动器.该驱动器具有电流电压双闭环反馈,使驱动器可兼具良好的静态和动态特性.在此基础上,分析了复合型驱动器的性能特点和各参数对其性能的影响,通过调整参数可改变驱动器性能,以满足不同需求.实验结果表明,该驱动器驱动行程为10 μm的压电陶瓷时,0～100 V阶跃信号响应时间小于400 μs,满行程带宽可达1.5 kHz,给定直流信号下可获得良好的稳定输出.     

基于分块压电悬臂梁的压电地板单元研制

为了提高压电地板的发电功率,将压电圆盘或正方形压电结构分块成悬臂梁。有限元静态分析表明,当承重和材料体积相近时,三角形分块的输出功率分别是方形分块和压电圆盘的20倍、7倍;对比分析了顶角为60°、90°、120°的三角形悬臂梁压电地板单元的发电性能,发现减薄压电片和基板厚度使踩踏位移相同时,3种压电地板单元的输出功率相同;若压电片和基板厚度相同,顶角为60°的三角形分块压电地板单元输出功率最大。用6个60°三角形压电悬臂梁制作压电地板单元,以手按压,可轮流点亮两个发光二极管。     

悬臂梁基底对压电俘能器输出响应的影响分析

悬臂梁的材料与结构对压电俘能器的输出响应具有重要影响。为了 研究在1.5~5.8 m/s低风速环境下不同基底材料对接触式压电俘能器的影响,该文选择聚氯乙烯（PVC）、304不锈钢、1060铝和H68黄铜材料为基底的柔性聚偏氟乙烯（PVDF）压电悬臂梁结构,并进行了对比实验与分析。结果表明,以304不锈钢为基底的悬臂梁结构输出功率最大。通过计算不同基底材料梁的结构参数发现,在低风速工况下,梁的结构刚度与减幅因数是影响压电俘能器输出性能的主要因素。同等工况下,梁的结构刚度越小,接触式压电俘能器的启动风速越低,风致振动的激振力频率越高;减幅因数越小,悬臂梁的输出功率越大。     

基于压电陶瓷的等变厚度悬臂梁特性研究

以等、变厚度悬臂梁为研究对象,以单轴向玻璃纤维为基体材料结合压电陶瓷片设计出智能悬臂梁模型。利用数值模拟与实验相结合的方法分析了压电陶瓷片对悬臂梁模态频率、自由端最大位移及应变分布的影响。结果表明,未加电压情况下,增加压电陶瓷铺设数目能有效增大悬臂梁固有频率,减小自由端最大位移,但对应变分布无显著影响;施加电压时,可进一步减小悬臂梁自由端最大位移,亦可减小各监测点应变值。     

面向负载功率的压电悬臂梁研究

基于电路负载阻抗匹配原理,为最大程度利用压电悬臂梁发电装置收集环境振动能量,保证压电悬臂梁外接负载能够正常工作,需要研究压电悬臂梁结构参数对其最佳输出功率以及相对应外接负载匹配阻值的影响。该文通过压电电路分析,研究了基板和压电陶瓷片的长度、厚度、宽度和质量块质量对压电悬臂梁最佳输出功率以及相对应负载匹配阻值的影响。结果表明,一定范围内,增加基板长度、压电陶瓷片厚度、质量块质量可以增加压电悬臂梁外接负载匹配阻值,增加基板厚度、压电陶瓷片长和宽可降低压电悬臂梁外接负载匹配阻值;随着基板长度、压电陶瓷片宽和长、质量块质量的增加,压电悬臂梁最佳输出功率得到显著提高,基板宽度对压电悬臂梁最佳输出功率基本无影响,增加压电陶瓷片的厚度,压电悬臂梁最佳输出功率先增加后降低,存在一个最佳输出功率。     

基于均一化模型的MFC悬臂梁静态变形分析

采用基于平面应力假设和二维周期性位移场假设的均一化模型分析了P1型粗压电纤维复合材料(MFC)致动器的宏观性质,研究了该模型对于MFC悬臂梁静态变形分析的适用性。ANSYS仿真结果表明,该模型适用于分析MFC悬臂梁静态变形,采用该均一化模型与不采用均一化模型相比,悬臂梁挠度的相对误差不超过5.77%,且该均一化模型中压电应力矩阵的e32分量对梁挠度的影响(e32效应)为次要因素。在采用该均一化模型的基础上进一步忽略其e32效应与原均一化模型相比,粱挠度的相对误差不超过1.36%。     

基于BST微悬臂梁横向挠曲电系数的测定

挠曲电材料具有高力电耦合系数、尺度效应及对环境温度无特定要求等特点,有望用于传感器、作动器及结构健康监测等领域。基于钛酸锶钡(BST)微悬臂梁结构,实验分析了横向挠曲电系数对驱动频率的依赖关系,并讨论了尺度效应。利用压电微驱动器的低频激振,获得了横向挠曲电系数。结果表明,作为传感器,挠曲电材料在传感方面呈现出明显的尺度效应,当梁的厚度减小到微纳米尺度时,其传感特性将优于压电材料。     

悬臂梁式压电振动能量收集器的疲劳分析

建立了悬臂梁式压电振动能量收集器的有限元模型,通过模态分析求解了其一阶固有频率,并通过实验验证了求解结果的准确性。对所建立的有限元模型进行静态分析后将静态分析的结果导入ANSYS nCode DesignLife中进行疲劳分析,结果表明,随着激励位移幅值的增大,压电层的应变与其成线性关系增大,而疲劳寿命迅速缩短,当激励位移增大1倍时,疲劳寿命缩短了284倍。因此在实际应用中,要综合考虑压电悬臂梁的输出电压及压电陶瓷层的疲劳寿命,才能实现最大的电能输出。     

梯形梁压电俘能器的特性研究

传统悬臂梁压电俘能器通常采用矩形梁结构,其压电片宽度为定值,对于压电片的利用效率有限。该文设计了一种梯形梁结构,将悬臂梁及其上附着的压电层设计为梯形,压电片宽度沿梁长方向逐渐变窄,并针对梯形梁结构的压电俘能器进行理论研究、仿真计算与实验分析,同时与传统矩形梁俘能器进行了对比。结果表明,同样的谐振状态下,梯形压电片中应力分布比矩形压电片中更均匀,且梯形梁压电俘能器具有更高的电压输出。     

基于压电变压器的小型化开关功率放大器研究

首先基于压电陶瓷变压器(PT)设计了一种用于驱动压电材料作动器的功率放大器,该放大器具有效率高,体积小,质量轻等优点,与DSP控制系统相结合,实现了振动主动控制系统的小型化和集成化。然后以典型的悬臂梁结构为控制对象,选用PZT作为传感器和驱动器,实现了对模型1阶弯曲模态的主动控制。通过实验,验证了所设计的开关功率放大器的可行性。