基于电流控制的压电陶瓷驱动器

为了解决电压控制型压电陶瓷驱动器驱动压电陶瓷时存在的迟滞、蠕变和带宽窄的问题,设计了基于电流控制的压电陶瓷驱动器,利用压电陶瓷致动器位移与其所带电荷量间的线性关系,该驱动器通过控制压电陶瓷的充电电流和时间控制其位移量．在此基础上,提出了以分辨率换取稳定性的动态保持控制方法,采用该电流型驱动器,实现了开环下对压电陶瓷致动器的稳定、快速、高精度定位．实验结果表明,该驱动器驱动行程为10μm的压电陶瓷时,满行程带宽大于1．5kHz,重复定位精度小于4nm（0．4％）．     

柔性悬臂梁振动主动控制实验研究

以压电陶瓷为作动器，并采用独立模态控制法，对冲击载荷作用下的大柔度悬臂梁前三阶模态进行了振动主动控制研究。实验结果表明，使用独立模态控制方法，能有效地抑制悬臂梁的振动，控制效果非常明显。采用模态滤波和相移控制器进行模态分离和相位调节，可获得最大结构阻尼，取得良好的动态控制效果。     

双迭片弯曲压电陶瓷换能器及振动模态分析测量

介绍了双迭片弯曲压电陶瓷换能器的制作及边缘固定金属压电陶瓷双迭片弯曲振动，并利用有限元分析了换能器的谐振模式，采用激光多普勒干涉仪对换能器的谐振特性以及振动速度和位移分布进行了测量和分析，结果表明：换能器空载性能良好，通过有限元分析与先进测量手段的结合，能够对换能器器件的制作与分析进行指导。     

流场光学诊断的光偏振相移数字剪切散斑干涉

本文提出了应用于流场光学诊断的使用光偏振相移的数字剪切散斑干涉技术，它具有如下两个显著的优点，首先，产生干涉效应的两相干光束均是物光束。它们通过几乎相同的光学元件与几何空间。这样可以降低测量过程中对环境的防震需求，便于工程中的实际应用。其二，采用光偏振相移方法来获取了干涉图上的位相信息，与通常使用的压电陶瓷相移方法相比，不需要复杂的标定，使用更为方便。     

表面粗糙度三维测量和评定的研究

本文论述了应用相移干涉原理测量三维表面粗糙度,给出了测量系统的组成,实现相移的微位移器件压电陶瓷应用,三维表面粗糙度评定参数的确定。     

压电陶瓷致动器的动态控制模型及逻辑规则控制

提出了一种新的压电陶瓷致动器的动态控制模型．该控制模型建立在泛布尔代数理论基础上;它依赖于压电陶瓷的控制经验．通过一系列控制规则,采用泛布尔代数的符号进行控制模型的表述．在所建模型基础上,结合PID控制器对压电陶瓷进行了Rule＋PI控制的离线仿真研究;仿真结果表明,该控制模型结构简单,控制方便,易于实现．     

北京大学工学院在压电材料领域取得突破性进展

正工学院力学与工程科学系李法新课题组在压电材料领域取得突破性进展,他们提出了一种周期正交的极化方法,将目前最常用的PZT压电陶瓷中的非线性畴变应变变得可逆,实现了约0.6%的超大致动应变,是传统PZT压电陶瓷的4倍。压电陶瓷致动器具有响应速度快、位移精度高、控制方便(电控)、体积小等优势,一直在致动器领域占据着主导地位。目前应用的压电致动器主要由锆钛酸铅(PZT)陶瓷制     

并置压电传感／作动器的最优配置及反馈增益研究

提出了一种改进的模拟退火算法,对应用离散分布压电智能传感/作动器进行柔性结构振动控制的一体化全局最优配置问题作了研究。首先,给出了压电陶瓷作动器对结构产生激励的频响函数;其次,对并置的直接速度反馈控制方法,以主动控制后系统所贮存的总能量为目标函数,对压电陶瓷作动器的安放位置及反馈增益,以改进的模拟退火算法进行优化,可方便地获得全局最优解;最后以悬臂梁为例,分别给出了单点并置问题和多点并置问题的最优配置,验证了该方法的有效性。     

用光纤干涉仪测量压电位相调制器的相移系数

制作了压电位相调制器，并利用光行干涉仪测量了它的相移系数，同时对影响它的相移能力的几个因素进行了实验和理论分析，为研制干涉光纤传感器准备。     

非规则封闭声腔在PVDF压电薄膜激励下的响应分析

在噪声主动控制领域,尽管PVDF压电薄膜相对于压电陶瓷而言应变压电常数以及扬氏弹性模量都较小,很少作为作动器使用,但由于它具有良好的柔韧性,能够大面积地覆盖在结构表面,产生大范围的分布应力,能承受较压电陶瓷大得多的电压,因此是一种很有潜力的作动器.为了分析PVDF压电薄膜对于非规则封闭声腔内部声压的控制机理,本文研究弹性边界上有一对压电薄膜作动器激励的非规则封闭声腔响应特性.文中首先以弹性边界的振动方程以及经典波动方程为基础,描述了结构-声之间的耦合作用;然后结合压电薄膜本构方程和弹性边界振动方程,给出了机电耦合的描述.结合这两种描述,本文给出了整个系统在输入交变电场的作用下,如何通过压电薄膜对结构的作用将激励传递到内部声场的理论分析,并且给出了仿真结果.     

空间引力波望远镜超前瞄准机构致动器电荷驱动位移行为研究

超前瞄准机构(PAAM)是空间引力波探测望远镜的关键部件,其主要通过给压电致动器输入电压或电荷精确控制位移量,实现对望远镜高精度角度控制。因此,压电陶瓷致动器位移响应直接影响超前瞄准机构指向控制性能。本文提出等效电容量计算方法定量分析压电致动器在电荷驱动下的位移响应特性,并通过数值模拟仿真和实验验证等方式验证了计算方法的准确性和可行性。结果表明：在使用幅值5 V、频率0.05 Hz～5 Hz的正弦波信号控制的电荷放大器驱动某型号压电致动器时,采用本文方法分析结果与实验结果相比,二者位移响应最大偏差小于1.35%,为空间引力波探测望远镜超前瞄准机构的高精度指向控制提供了可能的分析方法和实现途径。     

一种高精度相移器的制作与标定

介绍相移的引入和计算机控制相移器原理及实现方案,制作了一个稳定且精度高的直流高压电源,并在此基础上设计完成一台稳定性高、动态范围大、精度高、具有较高自动化程度的相移器。建立了一套相移器标定方法,并根据设计的标定装置进行了准确标定。定性定量分析了产生误差的原因及大小。     

高频相移器测试方法研究

为解决高频相移器的溯源问题,在介绍相移器工作原理基础上,分析高频相移器的相移准确度、绝对相位测量准确度、插入损耗和电压驻波比等性能指标。利用网络分析仪、校准件、低失真信号发生器和高准确度相位计搭建相移器的测试平台,阐述相移器的基本校准方法和校准步骤。通过建立不确定度传播率的数学模型,分析相移器的相移参数测量的不确定度分量来源,从而对被测相移器核心参数的准确度进行不确定度分析和评估。实现高准确度相移器的溯源方法,提高信号相移控制的准确度。     

基于压电陶瓷驱动的小力值测量装置设计

设计了一种新的小力值测量装置，该装置使用了压电陶瓷促动器、力传感器、电子天平和计算机控制。用PID控制法进行闭环控制试验研究，达到了较高的控制精度。     

压电陶瓷应变的测量及应用

本文叙述压电陶瓷重要特性之一——应变(形变)的产生机理、分类、测量方法及应用。用迈克尔逊干涉法测量静态形变。采用贝塞尔函数法测量动态形变。贝塞尔函数法测量简便,精度高,用此法测出压电陶瓷在谐振状态下的动态形变后,可确定压电陶瓷的机械谐振频率f_r,机械Q_M值等参数,从而可评价压电陶瓷元件的质量。 叙述了利用压电陶瓷的形变研制成的一些高精度精密器件,如致动器,激光器谐振腔微调机构、微位移扫描器和压电千分尺等。     

温度梯度场中梁的形变控制研究

5介绍了一种新型的压电作动器—层叠式压电作动器,并使用这种作动器对温度场中的梁进行了形状控制研究。根据哈密顿原理,得到了粘贴有层叠式压电作动器的梁结构的控制方程,进行了数值仿真,并且用Comsol软件进行了模拟,两者的结果基本一致。对压电作动器的控制电压进行了优化,得到了最优控制电压。由于层叠式压电作动器的控制力与压电片的层数成二次函数关系,当控制电压恒定时,层叠式压电作动器的控制力随着压电器层数的增加而迅速减小。使用层叠式压电作动器可以在比其他作动器更小的电压下取得更好的控制效果。通过与普通压电作动器的比较,可以发现层叠式压电作动器可以有效地降低作动器的施加电压,而且可以显著增强控制效果。这种形状控制方法为应用层叠式压电作动器进行薄壁结构的形状控制提供了理论基础。     

一种冲击式压电发电机的实验研究

介绍了自行设计制作的一种冲击式压电发电机。首先通过分析影响压电陶瓷发电量的因素,确定压电陶瓷的尺寸,并给出了冲击弹簧与恢复弹簧的刚度设计要求,然后测量了压电陶瓷叠片的模态及压电发电机的力谱,可以看出其冲击力能激发出压电陶瓷的轴向振动模态,从而使其产生的电荷能最多。最后,对压电发电机的性能进行了测试,得到其瞬时发电功率在0.3W左右,能够点亮210个并联发光二极管。     

薄反射镜主动光学实验系统

用口径400mm、厚12mm的薄反射镜作为实验镜进行了主动光学实验.支撑系统由背部12个主动支撑点和3个固定支撑点组成,主动支撑点采用由压电陶瓷促动器和压力传感器组成的力促动器,用于控制实验镜面形,固定支撑点用于控制实验镜的定位.通过Shack-Harmann波前传感器测量镜面面形并拟合出Zernike像差,用阻尼最小二乘法计算出校正力,通过PID算法闭环控制各促动器施加力的过程.通过主动校正,将初始支撑状态下的1.16λ(λ=632.8nm)RMS面形精度校正到0.07λRMS,优于镜面抛光后的0.1λRMS.     

压电陶瓷元件电极分割方法

本文介绍了实现压电陶瓷元件电极分割的方法,着重介绍了用分割装置实现压电陶瓷元件的分割,并叙述了分割精度对换能器指向性造成的影响,最后给出了换能器指向性的测量结果。     

新型程控压电陶瓷驱动电源

压电陶瓷驱动电源是压电陶瓷微位移和精密定位系统中的核心控制装置,本文设计了新型双路程控压电陶瓷驱动电源,提出了锁相环调节时钟基准、计数起始时刻控制、E2PROM在线编程和幅度调节等技术,实现了驱动信号的调频、调幅、调相,并且可输出周期或单次任意波形.该电源突破了传统驱动电源固定驱动波形及相位的限制,可根据压电陶瓷的动作要求在线设计驱动波形和参数,预置驱动次数,使压电陶瓷产生各种需要的动作,拓展了压电陶瓷的应用领域.