压电叠堆作动器率相关迟滞非线性建模研究

针对压电叠堆作动器的率相关迟滞非线性特性,该文提出了一种基于asymmetric unilateral backlash(aubacklash)算子的BP神经网络率相关迟滞建模方法。首先提出了改进的aubacklash算子,改善了Prandtl-Ishlinskii(PI)模型backlash算子在原点处残余位移及严格中心对称的问题;其次分析了压电叠堆作动器迟滞的率相关记忆特性,提出了率相关BP神经网络迟滞模型;最后搭建了迟滞建模精度评估系统,采用Levenberg-Marquardt(L-M)算法辨识aubacklash算子模型参数,确定了BP神经网络模型最优结构参数。实验结果表明,在高、低单一频率及混合频率下,BP神经网络模型较PI模型均方误差降低了70.90%～89.98%,相对误差降低了70.69%～89.84%,验证了该模型的精度与频率适应性。     

螺旋箝位双向大推力压电直线作动器研究

设计了一种基于螺旋箝位原理的尺蠖式压电直线作动器,它可实现大推力、大行程双向作动。阐述了螺旋箝位运动原理,进行作动器的结构设计。通过ANSYS有限元仿真分析了箝位力对端面的影响,并对力矩电机主轴进行强度校核,分析了计算力矩电机转速与压电叠堆驱动频率的匹配关系。最后,搭建实验测试系统。结果表明,该作动器在叠堆驱动电压为150 V、频率100 Hz、电机转速150 r/min时,获得最大推力为190 N,行程可达60 mm。     

一种新型压电陶瓷固液一体化作动器

提出了一种基于压电陶瓷的新型固液一体化作动器。该作动器通过两个压电陶瓷泵协调工作,由压电陶瓷提供动力,液压油为介质,用泵体代替普通一体化作动器中的单向阀,克服了单向阀的响应频率瓶颈,从而有效地利用了压电陶的高频响应特性,同时集成的一体化结构设计,避免了普通液压作动器的分布管路。对设计的一体化作动器进行了建模仿真,得到仿真曲线,结果表明该作动器相对体积小,输出位移大,响应频率高,承载能力强,动态特性好,并且实现了全电工作。     

压电叠堆谐振特性的理论与实验研究

从理论上研究了压电叠堆的基本特性和振动规律.并着重研究了压电叠堆的谐振特性测试中的问题.建立了测试系统.对所研制压电叠堆的特性进行了实验研究.通过理论和实验研究,得出一些结论,这些结论揭示了压电叠堆的独特性能.对器件的设计和推广应用都有一定意义.     

微动平台压电作动器低频模型

针对六自由度平台的低频扰动,设计出一种用于低频隔振的压电作动器.通过作动器动态实验系统实验分析输入电压-输出力关系,结果表明,在低于25 Hz的动态电压驱动下,输入-输出不符合压电效应.因此,建立适用于平台低频控制的作动器低频双折线模型,并通过实验表明,所建低频模型能很好的吻合作动器的实际特性.     

压电叠层作动器机电性能实验分析

对压电叠层作动器的机电性能进行了实验测试与分析。主要测量了重复精度、稳定性、不同负载的位移输出、迟滞度、刚度特性等参数,为确定作动器在主动杆中的最优预载荷等提供参考数据。实验结果证实了作动器的重复精度为±0.5μm,最大漂移量为0.1μm,机电特性与外加负载有很大关系:一定压应力下的压电作动器输出位移增大,位移输出迟滞度会有一定程度的改善;弹性模量随应力和驱动电压的增大而逐渐增大,但电压升至一定程度时将基本趋于稳定。     

压电叠堆致动器在大刚度负载下位移损失因素分析

通过测量大刚度负载下压电叠堆微动台的位移输出特性,表明其输出位移明显小于商用压电叠堆说明书中的预期值,且随着压电叠堆上预压力的增大,其输出位移先增大后减小。经分析发现,在大刚度负载、低预压力下,压电叠堆与负载之间的机械接触刚度与叠堆刚度在同一数量级,驱动端有效刚度的减小将导致输出位移损失;随着预压力的增大,压电叠堆内非180°畴重定向增强了压电效应,且机械接触刚度增大直至极限值。但叠堆的压电系数在压力过大时会因退极化而降低,故微动台总体上将有较大的位移损失,且在接触刚度和退极化两种因素作用下,位移在某预压力时达到极值。     

压电作动器位移输出特性分析

通过对一种用于微隔振平台的压电作动器进行实验研究,得出了位移迟滞非线性输出曲线,综合整理并分析了压电作动器输出位移曲线特点,从微观上系统分析了作动器位移输出特性的机理.结果表明,蠕变导致作动器驱动电压回零时,作动器输出存在残留位移;迟滞大小不仅与预压力有关,还与加压次数和加压频率等有关;作动器位移输出曲线具有一定的漂移特性,对作动器的精确建模造成一定困难.为进一步修正和减少建模误差的影响、提高系统的控制精度,提供了科学的依据.     

磁致伸缩棒驱动的双向电静液作动器

该文设计了一种由磁致伸缩材料驱动的电静液作动器,通过主动配流阀的整流作用,实现了作动器内部油液的单向流动,并通过改变驱动电流的相位角,实现了作动器的双向运动及连续可控流量的输出。通过MATLAB/Simulilnk对作动器系统进行数学建模,分析了相位角与作动器输出流量的关系。最后搭建作动器性能测试平台,通过改变驱动电流的相位角,测量作动器的双向输出位移,并得到不同驱动频率下的作动器输出流量,实验结果表明,在系统偏压为0.6 MPa,驱动频率为120 Hz时作动器的最大无负载输出流量为1.28 L/min。     

电动静液作动器力纷争现象的建模与仿真

针对一种机载电动静液作动系统(EHA),分析了在目前以两台EHA同时驱动一块舵面时,由于传感器、A/D,D/A、电机,以及制造误差等环节会有微小差别,EHA会由于位移不完全同步产生力纷争现象,力纷争对舵面结构的破坏效果极大。笔者利用作动筒两端的压力值作为解决力纷争的输入值,通过对比例环节和积分环节通过调参进行寻优处理,并运用AMESim软件进行仿真。结果表明其有效地消除了力纷争现象,能够满足现代飞机对作动系统的要求,为EHA优化设计提供参考依据。     

用于共振隔膜泵的大位移压电叠堆执行器研究

针对现有压电振子驱动的共振隔膜泵中存在隔膜往复运动位移及位移放大比小的问题,该文设计出一种可应用于共振隔膜泵的大位移压电叠堆执行器,利用压电叠堆作电-机转换器,提高其响应速度,采用矩形弹簧结构,保证系统稳定性,提高系统的一阶固有频率。建立压电叠堆执行器的数学模型,并分析了系统的位移放大比和各阶固有频率,测试了样机的相关性能。实验结果表明,在输入激励信号幅值60 V、频率510 Hz的正弦信号下,该压电叠堆执行器输出位移为154 μm,位移放大倍数为18.11倍,研制的压电叠堆执行器具有较高的响应速度及较大的输出位移,可用于提升共振隔膜泵的输出性能。     

预压力对压电叠层作动器性能的影响

由于压电叠层作动器只能承受压力，为了保证压电智能主动杆能够承受一定的拉力，设计了预压装置。为了考察压电叠层作动器在受压情况下的工作性能，设计了压电叠层作动器的受压性能实验。实验结果表明，在一定的压力作用下，输出位移增加，迟滞度减小。分析认为，在压力作用下压电陶瓷晶体结构发生变化，对逆压电效应产生影响，在电场作用下导致输出位移增大和迟滞度减小。     

高压共轨压电堆执行器测控系统开发研究

针对柴油机高压共轨燃油喷射系统压电堆执行器的研发需求,研制了压电堆执行器测控系统,设计了压电堆执行器测试台架,开发了压电堆执行器驱动电路和基于Labview的上位机监控系统。通过测试中电集团第26所的一款压电堆执行器的迟滞特性、蠕变特性、刚度特性和动态特性,验证了该测控系统的准确性。     

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。     

压电叠层传感/致动器的特性研究

压电叠层传感／致动器是智能主动构件中的重要组成部分，是一个机电耦合的交互系统。给出了压电叠层传感／致动器的设计原理，并对压电叠层传感／致动器的动静态工作特性进行了实验研究与分析，揭示了其输出位移大、稳定性和重复性好、滞后效应小等优良特性，为研制性能优良、稳定的智能主动构件提供了依据。     

径向双压电叠堆执行器建模与实验研究

该文设计了一种径向双压电叠堆执行器,可以实现单压电或双压电叠堆驱动,在不增加轴向长度的基础上实现输出位移的放大.针对该执行器,建立了基于Bouc-Wen的压电动态迟滞力模型作为执行器整体动力学模型力的输入;在MATLAB/Simulink中,基于最小二乘法对迟滞力模型中的参数进行辨识.仿真与实验结果表明,在峰-峰值14...     

压电叠堆执行器迟滞建模与前馈补偿研究

针对压电叠堆执行器输入电压与输出位移的动态迟滞特性,结合非对称静态Bouc-Wen迟滞模型,建立了压电叠堆执行器动态迟滞模型,并采用粒子群算法辨识出6个模型参数。为提高压电叠堆执行器动态位移输出精度,进一步推导出压电叠堆执行器迟滞逆模型,最终在此基础上对压电叠堆执行器进行前馈补偿研究。仿真与实验结果对比表明,在0~120V峰值电压与0~500Hz激励频率内,所建立的动态迟滞模型能够较好地描述与预测压电叠堆执行器的动态输出位移。前馈补偿实验研究结果表明,利用所建的迟滞逆模型补偿后,压电叠堆执行器的滞环减小,输出位移非线性度下降约3%。     

新型压电叠堆式步进直线精密驱动器设计

提出了以压电叠堆作为驱动源的新型步进直线精密驱动器,分析了步进直线驱动器的工作原理,设计步进直线驱动器结构及其控制电压波形。为减少驱动器部件间摩擦,构建了滚动直线滑轨与驱动器结合的结构模型。制作了步进直线精密驱动器样机,并对样机进行实验测试,实验结果表明,驱动器的最小步距为0.05 μm,最高运行速度为610 μm/s,且运动性能稳定。