一种微型机器鱼的压电驱动系统设计

压电陶瓷用作微型机器人的致动器具有静音、低功耗等优点,但在悬臂型应用中高位移所需的高驱动电压是其应用难点.该文针对一种双鳍式微型机器鱼的压电致动器,设计了可控制输出频率、幅值的高压正弦信号驱动系统.压电致动器的驱动模块采用PA443高压运放设计外围电路,运放电源基于集成开关芯片设计升压(BOOST)和降压-升压(BUC...     

高精度大功率压电陶瓷驱动关键技术

压电陶瓷驱动电源是压电陶瓷微位移系统中的关键部件。以高压功率放大器PA93为核心,提出了一种新型高精度、大功率压电陶瓷驱动电源,适合驱动大行程、大推力压电陶瓷致动器。重点阐述了电路的设计方案,对复合放大电路进行了特性分析。实验结果表明,该驱动电源具有精度高,输出电压高,电流大,稳定性好的特点。当驱动等效负载电容为24 μF的压电陶瓷时,在0~100 Hz频率范围内实现了0~10 V信号到0~100 V信号的动态放大,输出电压精度优于3×10-5,最大输出电流350 mA。     

压电陶瓷驱动电源研制及其在打印机中的应用

针对压电喷墨打印机的工作特点研制了一种压电陶瓷驱动电源。它能提供正、负输出,并能对压电陶瓷进行双向快速放电。输出电压可达±100 V(峰-峰值)。单路输出电流大于20 mA,驱动脉宽在5~200μs内连续可调,可实现多个串联的压电陶瓷致动器并行驱动。实验结果表明,该电源可满足压电喷墨打印机的驱动要求。     

压电作动器在微力微位移装置中的应用

在微力微位移装置中采用闭环控制压电作动器实现微位移进给和微力加载，设计了加载机构，建立加载机构的压电作动器输入电压、加载装置输位移和输出力之间的关系。通过电容测位移仪检测输出位移，实验得到加载系统刚度，根据压电作动器输入电压、加载装置刚度，计算出加载力大小。该方法为微机械力学性能测试仪打下了基础。     

压电陶瓷致动器控制系统研究

为满足快刀伺服系统的控制需要,设计了一种压电陶瓷致动器控制系统,单片机接收到计算机的控制命令后,控制D/A转换器输出相应控制电压信号,并通过高压运放PA96将该信号线性放大,实现对压电陶瓷致动器的控制。对该系统进行驱动控制实验,结果表明系统具有精度高、结构简单、功能可靠的特点。     

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。     

基于1×2阵列压电悬臂梁的AFM并行扫描

分析了阵列悬臂探针并行扫描的工作方式,以非接触磁力模拟样品与悬臂梁间的范德华力,研究了1×2阵列压电悬臂梁的并行扫描和驱动控制方法。每一压电梁均集成了微位移致动器和力传感器,在320Hz一阶共振频率下振动。实验表明:在0.2～1.0mm力作用区内,压电梁自由端每接近模拟样品0.1mm,表征悬臂梁振幅的锁相放大器输出电压减小1.7mV,但微力传感在扫描的升回程存在迟滞;致动器的控制电压每增加10V使锁相放大器输出减小约3mV,表明集成的致动器可调节压电梁与样品间的间距。两压电梁的电荷-位移响应曲线、间距调节灵敏度均不完全一致,讨论了阵列悬臂梁一致性问题和阵列规模大小问题。     

关于压电致动器的动力学和致动作用力

从压电本构方程出发，将外加电信号处理为外界激励作用。在理论上给出了应用最广泛的矩形薄板压电致动器在激励作用下的动力学效应，同时给出了其致动作用力表达式，为以前的有关报道结果提供了严格的理论依据。根据结果不难具体分析这种压电致动器的动力学响应。     

压电叠堆电静液作动器Simscape模型与实验研究

将海德福斯螺纹插装换向阀集成到压电叠堆电静液作动器中,形成一体化集成式双向运动的压电叠堆电静液作动器。基于压电叠堆电静液作动器的物理系统,采用Simscape搭建压电叠堆电静液作动器系统模型。对比了在不同蓄能器偏压、不同电压峰值条件作用下,压电叠堆电静液作动器的实验输出流量与仿真输出流量;以及换向阀换向周期为4s时,压电叠堆电静液作动器的实验输出位移与仿真输出位移,验证了搭建的Simscape模型的准确性。在系统模型得到验证的基础上,分析发现阀片的回流现象是造成压电叠堆电静液作动器在高频驱动时输出流量衰减的原因。     

分割电极片状压电致动器—（二）位移特性及狭缝宽度对其影响的实？…

研究了悬臂梁式分割电极片状压电致动器的位移特性，理论分析表明，分割电极缝宽度会减小致动器自由端的位移输出，但光缝宽度小于致动器电极宽度的１０％时，可忽略狭缝宽度的影响。致动器端部位称的结果大于理论计算值。与现有磁头悬浮臂尺寸相近的致动器在，２０Ｖ－５０Ｖ的电压驱动下均可获得１μｍ－２μｍ的致动位移。对９８５０道／厘米的密度磁盘，该位移能覆盖至少一个磁道宽度，满足磁头定位两级间伺服系统对第二级致动器     

宏微压电驱动器的电源设计与试验

针对超声电机与压电微驱动器对驱动电源的要求,设计出一种既能驱动超声电机又能驱动压电微驱动器的驱动电源,该驱动电源由可调变压器、半桥模块及以高性能数字信号处理(DSP)芯片TMS320F28335为核心的控制器组成。该电源驱动超声电机时,电源输出相位差、频率均较大范围连续可调的二相超声频率交流电;驱动压电驱动器时,电源输出较大范围连续可调的直流电。对行波型旋转超声电机及钹型压电驱动器的系列驱动试验表明该电源能同时满足超声电机和压电驱动器的驱动要求。     

四足压电驱动装置的电源设计与研究

压电驱动装置具有纳米级/微米级定位的特性,被广泛应用于精密控制运动平台中,故对压电驱动装置的速度和精度的要求越来越高。根据步进式压电马达驱动原理,结合四足压电驱动装置动力学模型,设计了一种用于新型叠堆结构的四足压电驱动装置的驱动电源。该电源是高电压为±250 V和高频率为1.5 kHz的线性电源,且采用硬件阻抗补偿和信号切换两种策略,进一步解决了容性负载对信号频宽影响的问题,使四足压电驱动装置高精度恒速输出。同时应用硬件在环仿真与测试的方法搭建了实验平台。实验结果表明,在精度为1 nm分辨率的激光干涉仪采集设备中,实现了点对点50.7 nm的四足压电驱动装置的运动测试。     

An 80-V integrated boost converter for piezoelectric actuators in smartphones

A boost converter for piezoelectric actuator driving system in haptic smartphones is proposed and implemented using a 0.35 μm BCDMOS process. The designed boost converter generates extremely high output voltage from a low-voltage battery supply. The boost converter provides stable power for the piezoelectric actuator with the peak-current control technique. The minimum variation of the output ripple variation can be achieved by the designed current-sensing and peak-current control circuits. The supply voltage of the boost converter is 2.7–4.2 V and the maximum output voltage is up to 80 V. The complete piezoelectric actuator driving system consists of a serial interface, SRAM, and signal-shaping logic as well as the boost converter. It also includes the resistor-string digital-to-analog converter and high voltage piezoelectric actuator driver (PZ driver). The fabricated chip size is 2,100 × 2,200 μm, including bonding pads.     

用于光刻投影物镜微调的压电陶瓷

为了提高大数值孔径投影物镜成像质量,需对镜片进行高精度微调.压电陶瓷是一种高精度定位的执行元件.根据电压控制型压电陶瓷驱动电源的原理,利用运算放大器PA88和OPA2227构成的高压运放式复合放大电路,设计了一种高精度的压电陶瓷驱动器,用于驱动镜片的精密微调.详细阐述了驱动器和供电电源的设计原理,并运用Multisim10软件对该驱动器的输出电压、线性度、静态纹波及稳定性进行了仿真分析.结果表明,该驱动器具有输出精度高,最大非线性误差为0.0005％,静态纹波小(±100 nV),稳定性强等优点,达到了投影物镜中镜片微调要求.     

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。     

双晶片压电驱动器的研究

为实现较大的驱动力和速度,提出一种新型压电驱动器,研究了驱动器输出性能随压电泵工作腔数、频率的变化规律。制作驱动器,分别进行十腔串联压电泵/五腔压电泵并联、3~5个压电振子工作、50~400 Hz频率下的输出试验。结果表明,压电泵并联时驱动器的最佳输出功率较大;工作的振子数目不同,存在不同的最佳频率使驱动器的输出速度最大,相同的频率使输出推力最大;最佳频率时,驱动器的输出与工作的振子数目呈正比。在150V、380Hz时驱动器输出功率最大,此时输出速度和推力是10.72mm/s、57.7N。     

基于PA41的压电叠堆驱动电源设计

通过分析压电叠堆的工作特性,设计了一种以高压运放PA41为核心器件的电压控制型压电叠堆驱动电源。阐述了两种驱动电路方法并选择合适的方案,分析了驱动电路原理并完成电路元器件选型。最后搭建实验平台对驱动电源进行实验测试,分析其输出特性曲线及输出误差的原因。实验结果表明,此电源调节方便,响应迅速,能有效应用于压电叠堆的驱动控制。     

Rotary ultrasonic motor driven by a disk-shaped ultrasonic actuator

A rotary ultrasonic motor, including a disk-shaped ultrasonic actuator and a rotor, is developed, and the characteristics of the motor, including speeds, torques, output powers, and efficiencies, against various preload forces, voltages, and frequencies are investigated. The actuator is developed on a thin piezoelectric buzzer with three fixed screws and driven by a single-phase electrical power source. Here, the buzzer is composed of a nickel-alloy disk and a piezoceramic disk, and the screws are individually arranged at 90/spl deg/, 120/spl deg/, and 150/spl deg/ arc locations on the nickel-alloy disk. An optimal driving point of the actuator for driving the rotor in both clockwise (CW) and counterclockwise (CCW) directions is located at a point on the 90/spl deg/ arc edge region, and the CW and CCW directions are controlled by the frequency of the electrical power source. In doing so, the principle, construction, and driving mechanism of the actuator are first expressed. Then, the principle is verified according to vibration mode analysis with ANSYS simulation. The ANSYS simulation concerns the numerical model, structure, and mesh analysis as well. Moreover, a driving and measuring system, including an ac power supply system and a system that measures speed and twist forces, is constructed to evaluate the performance of the actuator and motor.