压电陶瓷驱动的长行程快刀伺服机构设计

压电陶瓷驱动的快刀伺服技术是加工光学自由曲面等复杂曲面的有效方法。为了突破压电陶瓷驱动快刀伺服机构的行程局限,本文采用二级杠杆放大机构,设计了一种压电陶瓷驱动的长行程快刀伺服机构,实现了快刀伺服机构的长行程输出性能并消除了机构的寄生位移。基于伪刚体模型和拉格朗日原理对机构进行了动力学建模,综合行程和固有频率性能优化了机构参数并进行了有限元仿真和实验验证。机构等效刚度和固有频率的理论模型和有限元仿真结果误差分别为6.4%和1.6%,验证了理论模型的有效性。实验结果进一步表明,所设计的快刀伺服机构可实现100μm的输出行程同时具有730 Hz的固有频率,验证了所设计机构用于快刀伺服加工的有效性。系统的闭环跟踪实验也验证了系统良好的跟踪性能。     

超精密快刀伺服加工复杂光学面形的技术研究

超精密快刀伺服加工技术适用于复杂面形光学零件的高效优质加工。文中通过分析快刀伺服加工的控制结构、压电陶瓷驱动性能,进行了超精密快刀伺服装置的设计与研制,建立了其传递函数模型。最后完成了典型复杂面形光学零件的加工试验,并对加工结果进行测试与分析,测试结果表明满足了设计的性能指标要求。     

容性负载高压线性驱动电源的研究

介绍一种高压可调大功率动态驱动电源的设计,它用于高速微小孔振动钻床振动装置的压电陶瓷激振器,可以实现压电陶瓷的可控振动,其主要由D/A控制卡、放大电路、高压直流电源电路等几部分组成.该驱动电源具有线性好、容易控制等优点.     

基于电流控制的压电陶瓷驱动电源及其试验研究

压电陶瓷致动器在电场驱动下会产生迟滞和蠕变现象,降低了定位精度。根据压电陶瓷致动器的位移与电荷量之间具有线性关系,研制了基于电流控制的压电陶瓷驱动电源。通过控制压电陶瓷的充电电流来控制其运动速度,从而控制其位移量。设计特殊电路和有针对性的控制算法,实现对压电陶瓷的快速驱动与高精度定位的结合。试验结果表明,利用该电源可实现对压电陶瓷的线性驱动和快速精密定位。     

基于压电陶瓷的快刀伺服车削加工研究

利用matlab对微结构进行形貌仿真,生成含模拟量输出的数控加工程序。结合压电陶瓷的模拟量控制方法 ,使机床主轴、X轴和压电陶瓷三者同步工作,完成微结构的快刀伺服车削加工。加工了一个透镜阵列进行实验验证。     

基于DSP和ARM的压电陶瓷叠堆数字驱动电源设计

压电陶瓷叠堆是由多个压电陶瓷片组成,具有体积小、出力大、响应快等特点,为提高压电陶瓷叠堆驱动电源的输出性能和响应速度,同时改善驱动电源输出纹波较高的缺点,提出了一种基于ARM和DSP的高压压电陶瓷叠堆数字驱动电源方案,详细的介绍了驱动电源的系统构成、硬件电路、控制策略、仿真和实验结果。该驱动电源通过多路移相并联电路、LC滤波电路和反馈电路调节输出电压电流。在等效电容为5uF的压电陶瓷负载下,输入信号频率为10Hz～300Hz,驱动电源输出的电压峰值最高为1000V,输出电流峰值最高为9A,输出电压的增益最高可达到100倍。实验结果表明,该驱动电源满足压电陶瓷叠堆高压、大电流、低纹波的驱动要求,在ARM和DSP的控制下系统具有很好的动态响应速度和稳定性。     

高带宽压电陶瓷驱动电源

压电激振器是超声导波无损检测应用中的关键部件,针对激振器对压电驱动电源高带宽和大功率的要求,设计并研制了一种基于高压运放MP108的压电陶瓷驱动电源。采用直接数字频率合成技术产生信号源,信号经过前级放大和滤波后输入到高压运放电路驱动压电陶瓷。分析了大功率驱动电源的散热问题,指出驱动电源散热片到空气的最大热阻为1.1℃/W。实验结果表明,当负载为10 nf时,驱动电源在10~300 k Hz的频带范围内能够实现100Vp-p的放大输出,基本满足超声导波压电激振器的驱动要求。     

高精度快刀伺服系统构建及其特性研究

快刀伺服是实现自由曲面光学曲面加工的方式之一.文中基于压电陶瓷为致动元件、柔性铰链为传动元件构建了快刀伺服系统.测试结果表明,研制的快刀伺服系统定位精度为4 nm以下,重复定位精度为4 nm以下,最大输出位移达到50 nm,运动频响在位移为20 nm时达到了 150 Hz.为后续快刀系统在自由曲面光学零件加工领域应用奠...     

基于压电陶瓷的快刀伺服车削加工补偿研究

基于压电陶瓷的快刀伺服刀架上安装MTI位移传感器,利用Matlab生成四球冠凹透镜阵列的加工代码,进行两次加工,第一次加工利用MTI位移传感器对加工过程中的刀架的位移进行采样得到与理论值的误差,修正加工代码之后进行第二次补偿加工提高精度。     

基于Polaris控制的光学自由曲面快刀伺服技术研究

快刀伺服技术具有加工效率高、加工精度高、表面质量好等优点，被广泛运用于光学自由曲面加工。本文设计了音圈电机驱动的快刀伺服装置，建立了快刀伺服系统数学模型，构建加速度、速度复合前馈控制算法，进行了位置保持、阶跃、正弦跟踪的闭环性能测试，表明快刀伺服系统满足加工要求。基于快刀伺服系统控制器功能协调了刀具轨迹生成中快刀伺服装置运动和机床运动的同步关系，以离线计算加工方式实现快刀伺服技术。完成了典型非回转对称中的斜面加工实验，测得的粗糙度达到44 nm，表明设计研制的快刀伺服系统可以获得纳米量级的表面质量。     

以正交衍射光栅为计量标准器的二维微位移工作台

提出以正交衍射光栅作为X-Y二维位移工作台计量标准器的思想,阐述了正交衍射光栅作为大量程二维位置检测传感器的工作原理及光路布置方法,推导了光栅运动位移与所产生干涉条纹的相移之间的关系。介绍了工作台粗、细两级定位系统的组成结构:粗定位部分由磁悬浮平面直线电机驱动,细定位部分采用弹性铰支结构并由压电陶瓷驱动;通过分别对电机和压电陶瓷驱动范围与定位精度的分析,提出对工作台精密快速定位的方法。设计了一套对电机与压电陶瓷进行驱动控制和光栅信号进行处理的电路,并结合实际正交衍射光栅的刻线精度,计算了工作台位置检测的有效分辨率。最后,分析了当前几种典型压电陶瓷驱动电路的特点,提出选用直流放大电源的方式作为本系统高压驱动方法,并给出了高压驱动电路图。     

一种用于S型压电直线电机的新型驱动电源

为满足S型压电直线电机多通道相位可控的驱动要求,设计并制作了一种新型驱动电源.基于直接数字式频率合成器技术和可编程片上系统,设计了S型压电直线电机所需的三路相位差120°的正弦信号发生装置.采用CD4051和LM358作为主要器件,设计了用于阶跃式电压调节的PGA电路.设计了线性功率放大电路,解决了叠层压电陶瓷快速放电问题.实验结果表明,所设计的驱动电源能可靠地用于该S型压电直线电机,电机运行良好,驱动信号稳定.     

微纳加工的二轴快刀伺服器拓朴结构优化设计

背光板微阵列结构的自由曲面加工工艺较为复杂,目前加工策略较多,快刀伺服器加工是其中的策略之一,但利用压电陶瓷驱动快刀伺服器存在加工频率高与加工行程短的矛盾。分析了快刀伺服器的研究现状,建立二轴的快刀伺服器的结构,重点介绍了实现二维运动的方法,提出构建快刀伺服器在高频运动时获得大位移的拓朴结构实现方法,借助ANSYS分别从柔性铰链的材料、宽度、厚度等关键角度,不断优化其拓朴结构,获得适用于微纳加工的二轴的快刀伺服器,更加满足加工微阵列结构的自由曲面加工。     

压电驱动精密流量阀控制系统的研究

为了控制压电精密流量阀的流量,须对阀芯的开合作高精度调节。压电陶瓷可以实现微纳米级高精度定位。依据电压控制型压电陶瓷驱动电源的原理,利用运算放大器OPA277P和PA90构成的复合式高压运算放大电路,设计了一种高精度的压电陶瓷电源,并构建了压电陶瓷的模糊自适应PID控制系统,用于控制阀芯的精密定位。并针对PID控制、模糊PID控制试验的结果进行比对分析,结果表明:该控制系统具有超调量小、控制精度高、调整时间短、动态响应快、稳态误差小等特点。     

基于压电陶瓷的新型尺蠖式微位移器的设计

利用压电陶瓷的逆压电效应,基于尺蠖运动原理设计了一种高精度定位的微位移器。本文详细介绍了这种新型尺蠖式微位移器的设计过程。针对当前压电陶瓷驱动电源不能将断电后的压电陶瓷中的电荷放出的缺点,本文所设计的新型放电电路使其放电时间达到毫秒级。通过加入这个放电电路,压电陶瓷将能更快的恢复原形,提高了压电陶瓷的运动精确性。     

微位移测试系统设计

采用了在压电陶瓷基体上直接粘贴电阻应变片组成电桥测量压电陶瓷微位移的方法。以微控制器AT89C52为核心设计了微位移测试系统。文中详细介绍了放大、滤波等信号调理电路，A／D转换电路，D／A转换电路，LED显示电路和看门狗及其电源监控电路等。该系统已经过调试运行，实验证明了用该方法测量压电陶瓷微位移的方法是可行的。     

压电驱动无针注射器脉冲电源设计

针对压电驱动无针注射对电源的需求,设计了与压电无针注射器配套的脉冲电源,该脉冲电源的驱动控制系统由电池提供12V的直流电压,通过Buck与推挽电路级联电路升压后整流滤波输出0～400V直流可调电压,由反馈电路对输出电压进行校正,最后全桥逆变电路实现输出频率与占空比可调,且输出电压在0～400V随占空比的改变成线性变化的瞬时高压脉冲信号。实验结果表明,该脉冲信号稳定可靠,输出纹波在范围0.5%以内,满足了压电驱动无针注射电源需求。     

可动态应用的压电陶瓷驱动电路的实验研究

对已有的PZT(压电陶瓷)驱动电路进行分析和改进,设计并完成了一个具有良好动态特性的PZT驱动电路。实验结果表明,对于多种不同的信号波形,此驱动电路都可以实时、线性、几乎无失真地将输入信号放大到驱动PZT所需的电压。利用正弦波作为输入信号时,测出了此驱动电路的频率响应范围。此外,发现当输入信号频率发生变化时,驱动电路消耗的功率也相应发生变化,经过作图分析可以得出驱动电路消耗的功率与输入信号频率是成线性关系。在文献中尚未见到研究PZT驱动电路消耗功率与输入信号频率相关性的报道。     

多单元浮地级联式压电陶瓷执行器高压驱动电源

为了改善压电陶瓷驱动电源在高电压输出下的动态特性以及高频下的带载能力,提高频率响应范围,设计了一种基于多单元级联的压电陶瓷执行器高压驱动电源.首先,基于分立元件构建直流放大式高精度驱动单元,并针对每个独立的驱动单元进行建模仿真,分析其在压电陶瓷等容性负载下的稳定性并采取了有效的双通道隔离反馈补偿策略.然后,利用多单元隔离浮地级联的方法,将多个独立的高精度驱动电源模块进行浮地级联,构成了一种组合式压电陶瓷高压驱动电源.实验结果表明,该级联驱动电源的输出幅值达0～1 000 V,最大输出功率为1 kW,满信号带宽为1 kHz/0.3 μF,纹波小于100 mV.根据实验结果,该级联驱动电源满足低纹波,高精度,大带宽,响应时间短,带载能力强等特性.     

微细电火花线切割加工关键技术

在分析微细电火花线切割加工特点的基础上,对获得高精度、高表面质量工艺指标的关键技术进行了研究。其中重点对微能量脉冲电源、恒张力走丝系统、偏开路伺服控制策略、基于压电陶瓷电动机的微驱动进给系统、智能工艺规划系统和加工工作液间隙特性等关键技术进行了研究,解决了微小复杂零件难以切割的问题,并且获得高质量微小复杂零件,最终满足了微细电火花线切割加工的需要。