双压电晶片驱动喷嘴挡板式伺服阀

给出了双压电晶片驱动喷嘴挡板式伺服阀的基本结构,分析了双压电晶片的频率特性和静态位移特性,针对不同基板尺寸和晶片厚度进行了静态测试,在伺服阀实验台上进行了初步验证。试验结果表明:双压电晶片驱动喷嘴挡板式伺服阀具有结构简单、响应快、分辨率高、无电磁干扰、易于控制的优点,可以满足现代精密高速控制系统的需要。     

高速精密压电型电液伺服阀及其控制方法

为了提高电液伺服阀的静、动态性能,采用压电叠堆执行器作为电液伺服阀的前置驱动级,提出了一种新型高速精密压电型电液伺服阀.针对系统的非线性和不确定性,提出一种改进的自调整函数模糊控制方法,将系统偏差和偏差变化量在同一闭区间内分成若干等级完成归一模糊量化,将调整因子变为调整函数,并对比例因子进行自调整,从而避免迟滞非线性带来的系统振荡问题,提高模糊控制器精度.实验结果表明,新型压电型电液伺服阀的静态迟滞环<0.1%,分辨率优于0.03%,闭环控制时,幅频宽>700 Hz.     

一种新型压电型电液伺服阀控制系统设计

提出一种新型压电型直动式二级电液伺服阀并对其进行了控制系统设计.电液伺服阀是电液伺服系统中的核心部件,具有广泛的应用前景.但现有的电液伺服阀还存在一些不足之处,为了进一步拓宽其应用范围,本文提出一种具有较高性价比的压电型直动式二级电液伺服阀,并针对其控制问题提出了一种双向分段变速积分PID控制方法,有效地满足了实际系统对阀芯位置控制的各项要求.实验结果表明了所提控制方法的有效性.     

压电驱动式高频电液伺服阀实验研究

为了提高电液伺服阀的频率响应特性,采用响应速度快、输出力大、刚性好的积层式压电驱动器作为伺服阀的前置级电-机械转换器.采用杠杆放大的方式对压电驱动器的输出位移进行放大,保证足够的流量输出;采用直接驱动阀芯的方式增强了抗污染能力以及动态响应特性;功率级滑阀采用内置方式,用单个压电叠堆实现了滑阀的双向控制.试制了压电伺服阀的样机,并对样机进行了静、动态测试.得出该阀的频宽大于1.2 kHz,流量为5.7 L/m in,抗污染能力达到ISO 4406 18/15.     

基于压电陶瓷驱动的新型快速伺服刀架设计

快刀伺服技术被广泛应用在军事、医学等领域,可实现微透镜阵列等复杂面型零件的加工。针对快速伺服装置中直圆型柔性铰链易疲劳的问题,引入平面柔性铰链设计了一种基于压电陶瓷驱动的新型快速伺服刀架。结合设计要求,利用理论知识对平面柔性铰链进行参数设计。对刀架结构进行有限元分析,验证参数选用的合理性。分析结果显示,基于参数设计的快速伺服刀架达到了加工要求,为刀架的后续研究提供了一定的理论基础。     

基于柔性铰链放大的压电叠堆泵

基于压电和精密驱动技术,利用压电叠堆作为驱动器,结合柔性铰链位移放大机构设计了流体泵样机,进行了试验研究。分析了压电叠堆Tokin AE0505D16的滞环特性,从理论上研究了该压电叠堆的刚度特性和快速响应特性。设计制造了用于位移放大的柔性铰链放大机构,对柔性铰链放大机构扭转变形和转角刚度的影响因素进行了理论分析,确定了所设计的柔性铰链放大机构各结构参数;测试了柔性铰链放大机构在不同电源激励下的动态响应、幅频特性、迟滞特性、输出力与输出位移特性,得出了影响放大机构放大倍数和输出特性的因素。利用有限元分析软件对放大机构进行了分析,进一步验证了放大机构的可行性和安全性。通过改变试验参数(电压、频率),对压电叠堆泵样机进行了实验研究,分析了输入电压、输入频率对泵输出流量和输出压力的影响程度。     

高精度压电步进直线驱动器

提出一种以压电叠堆为驱动动力源的新型精密直线驱动器方案。定子采用柔性铰链双侧对钳方式交替对动子起到钳位作用。对驱动器工作原理进行了分析研究,建立了机械系统的数学模型。采用MSC Patran/Nastran软件对机械结构进行了仿真分析,并对所开发的驱动器样机进行了实验测试。测试结果与理论分析结果基本相符,样机的运动速度可达1.52mm/m in、单步最小位移(运动分辨率)为3.35 nm。驱动器性能稳定可靠,可望在精密工程等相关领域得到应用。     

新型直动式压电电液伺服阀复合控制方法

设计了一种新型直动式压电电液伺服阀。该阀采用压电叠堆执行器作为电-机械转换器,提高了电液伺服阀的性能。并针对压电叠堆执行器固有的迟滞和蠕变非线性使得压电型电液伺服系统的输出精度降低,传统的控制方法难以得到很好的控制效果的问题。提出了基于动态Preisach模型的前馈控制和PID反馈控制的一种复合控制方法。实验结果表明,该方法能有效改善新型直动式压电电液伺服阀的输出精度。     

带整体开启阀的双腔串联压电薄膜泵

阐述了带整体开启阀的双腔串联压电薄膜泵的工作原理并给出结构设计。对整体开启阀的过流特性进行了理论推导,定性分析了影响其过流性能的因素,并用实验加以证明。对影响压电泵性能的因素,如腔体高度、阀的结构、阀的滞后性、空穴现象等进行了理论分析与实验测试,得出了其对压电泵输出性能的影响规律。所设计带整体开启阀的双腔串联压电薄膜泵样机具有自吸性,通过调整输入电压和频率可控制泵的流量与压力输出,工作性能稳定。在输入电压为200 V、工作频率为250 Hz左右时,最大输出流量和压力可分别达到950 mL/m in和75 kPa,自吸高度为0.285 m。     

电磁箝位型压电精密步进旋转驱动器

根据步进运动原理,采用分立式布局,研制了大行程高分辨率精密旋转驱动器。该驱动器采用电磁杠杆柔性铰链箝位,以压电陶瓷为驱动源,采用柔性盘铰链把压电叠堆的直线运动转化成旋转运动,实现了大行程精密步进旋转驱动。实验结果表明:该驱动器具有箝位牢固、分辨率高、行程大等特点,适用于微操作中大行程高分辨率的旋转驱动。     

新型压电步进旋转驱动器

在对驱动器机械结构进行设计分析的基础上,建立了以压电叠堆为驱动元件的精密旋转驱动的数学模型,并对所设计的驱动器样机从旋转运动分辨率、运动稳定性、旋转速度及承载等方面进行了实验测试。测试结果表明,所开发的驱动器样机旋转速度可达2990.6μrad/s、输出扭矩0.147 N.m、最小旋转步距(旋转分辨率)小于0.32μrad,运动行程为连续360°,驱动器性能稳定可靠。     

新型压电精密步进旋转驱动器

提出一种新型的压电精密步进旋转驱动器。该驱动器采用仿生运动的原理,以定子内箝位的方式和均布薄壁柔性铰链微变形结构,解决了以往压电精密驱动器箝位不牢固、旋转步进频率较低、行程小、分辨率低、速度低、输出不稳定等问题。研制的精密旋转驱动器能够实现高频率(30 Hz)、高速度(380μrad/s)、大行程(>270°)、高分辨率(1μrad/step)、且输出稳定,大幅度提高了压电步进旋转驱动器的驱动性能。该驱动器在精密运动、微操作、光学工程、精密定位等精密工程中有广阔的应用前景。     

压电陶瓷驱动精密流量阀的设计与建模

设计了一种精密流量阀,采用压电陶瓷驱动流量阀阀芯并控制其位移.在流量阀的减压出口处安装了金属橡胶,以消除流体通过节流口后压力剧烈变化所产生的纹波现象.设计了流量阀的结构,通过分析流经阀芯节流口以及金属橡胶的流体流量特性,基于节流阀芯的力平衡方程,建立了压电陶瓷驱动精密流量阀的电压 流量理论模型.在流量阀出口安装微压力/流量传感器并与控制器组成闭环控制系统,使得该流量阀具有自适应精密减压阀的功能.将减压阀与流量阀串联组合,可以实现对流体的精密减压与流量控制.多个相同的串联组合阀并联后具有数字比例调节阀的功能,在一定范围内可以实现对出口压力、流量的连续调节与控制.将该精密流量阀作为先导控制阀并与流量阀组合,成为具有高频响特性的精密大流量伺服阀.     

一种超精密压电式微位移机构研究

针对压电陶瓷输出位移过小的缺点,采用AE0505D16型层叠式PZT器件作为驱动器,柔性铰链作为导向机构,设计了一种超精密压电式微位移机构．该机构输出位移由原来的11.6μm增加到100μm,能够满足许多长行程、超精定位运动的需要．对此微位移机构进行定位准确度测试,将它作为位移补偿装置安装于精密滚珠丝杠副驱动的机床上,机床定位误差由原来的1μm降低到0.01μm,定位准确度得到显著提高．     

尺蠖型压电旋转驱动器的静动态特性研究

提出一种以压电叠堆为动力转换元件基于尺蠖驱动机理的精密旋转驱动器方案,驱动器定子上的传动单元均采用直角柔性铰链,对柔性铰链力学特性进行了分析,并建立了柔性铰链空间力学模型.对驱动器工作原理进行了分析,采用MSC Patran/Nastran软件对机械结构进行了仿真分析;并对所开发的驱动器样机进行了实验测试.测试结果与理论分析结果基本相符,所开发的驱动器样机具有定位精度高(单步绝对误差率<2%),性能稳定、可靠等优点,可望在超精密加工、精密光学等领域得到应用.     

压电堆式驱动器对空间钢框架地震反应的主动控制

随着建筑结构向大型化发展,将智能材料应用于建筑结构的减震已经成为一个重要的研究领域,压电智能结构就是目前的研究重点之一.介绍了压电堆式驱动器,建立了结构在地震作用下的运动方程和基于LQG控制理论的最优控制方法.将驱动器布置在空间钢结构框架的底层柱上,并对其在地震激励下的反应进行了主动控制实验研究.结果表明,结构各层的响应均有不同幅度的降低,压电堆式驱动器可以有效地抑制和减小结构的地震反应.     

Development of XY scanner with minimized coupling motions for high-speed atomic force microscope

The design and fabrication processes of a novel scanner with minimized coupling motions for a high-speed atomic force microscope (AFM) were addressed. An appropriate design modification was proposed through the analyses of the dynamic characteristics of existing linear motion stages using a dynamic analysis program, Recurdyn. Because the scanning speed of each direction may differ, the linear motion stage for a high-speed scanner was designed to have different resonance frequencies for the modes, with one dominant displacement in the desired directions. This objective was achieved by using one-direction flexure mechanisms for each direction and mounting one stage for fast motion on the other stage for slow motion. This unsymmetrical configuration separated the frequencies of two vibration modes with one dominant displacement in each desired direction, and hence suppressed the coupling between motions in two directions. A pair of actuators was used for each axis to decrease the crosstalk between the two motions and give a sufficient force to actuate the slow motion stage, which carried the fast motion stage. A lossy material, such as grease, was inserted into the flexure hinge to suppress vibration problems that occurred when using an input triangular waveform. With these design modifications and the vibration suppression method, a novel scanner with a scanning speed greater than 20 Hz is achieved.     

压电薄膜泵驱动的新型直线马达

提出了一种由压电薄膜泵和液压缸构成的新型直线马达(简称压电液压马达)。介绍了其结构和工作原理,并进行了性能分析与测试。利用尺寸为35 mm×1 mm的薄膜型压电振子制作了两腔体串联压电泵,并与直径15 mm、有效行程100 mm的液压缸进行了联机试验。研究结果表明,在驱动频率一定,驱动电压超过100 V时,驱动力与速度随电压的提高线性增加。在驱动电压为140 V、工作频率为70 Hz的条件下,获得压电液压马达的最大速度和推力分别为14.5 mm/s和17.8 N,最大输出功率为63.5 mW。