基于模糊PID控制的新型压电型电液伺服阀研究

提出一种新型的直动式一级压电型电液伺服阀，并对其特性进行了分析。针对系统的非线性和不确定性，提出了自适应模糊PID控制方法，有效地满足了实际系统对滑阀位置控制的要求。实验结果表明了新型电液伺服阀相对于传统的电液伺服的性能有了很大的改善。     

电液伺服阀新型驱动器设计

针对传统的电液伺服阀分辨率较低、工作频带较窄及易受电磁干扰的特点,研制了一种由压电伸缩陶瓷驱动的新型驱动器．并对驱动机构的输出位移进行了测试。测试结果表明：该驱动器具有较大输出位移及较高的位移分辨率．可提高伺服阀的相关性能。     

基于ATmega16的电液伺服阀反馈控制器的设计

针对电液伺服阀在实际工程应用中出现输出压力不稳定、输出压力偏高或偏低的问题,设计了基于ATmega16平台的数字式液压伺服阀反馈控制器,采集伺服阀输出压力作为反馈信号构成闭环控制系统,采用经典的增量式数字PID控制算法进行压力调节。实际应用结果表明该数字式电液伺服阀反馈控制系统响应快速、输出稳定、输出压力精度高。     

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。     

基于双压电晶片的喷嘴挡板伺服阀

研究了一种基于双压电晶片的喷嘴挡板式伺服阀,给出了双压电晶片的喷嘴挡板式伺服阀的基本机构。对双压电晶片在不同频率、介质、基板尺寸及晶片厚度下的变形情况进行了深入的分析,并通过试验初步验证了双压电晶片喷嘴挡板式伺服阀的相关性能,给出了流量、压力特性曲线,对试验结果进行了分析,得出了相关的结论。     

一种压电陶瓷直接驱动伺服阀研究

为进行液压流体脉动的主动消振,设计了基于压电陶瓷的直接驱动伺服阀,并利用AMESim液压仿真软件对其进行了建模与仿真,并在伺服阀实验台上对其进行了静态试验。仿真与试验结果表明,所设计的压电陶瓷直接驱动伺服阀满足液压流体脉动主动控制要求。     

基于电流与电压复合控制的压电陶瓷驱动器

针对电压控制型压电陶瓷驱动器存在动态性能差的问题,及电流控制型压电陶瓷驱动器存在在静态下易充电饱和、难以获得稳定输出的问题,该文设计了基于电流与电压控制的复合型压电陶瓷驱动器.该驱动器具有电流电压双闭环反馈,使驱动器可兼具良好的静态和动态特性.在此基础上,分析了复合型驱动器的性能特点和各参数对其性能的影响,通过调整参数可改变驱动器性能,以满足不同需求.实验结果表明,该驱动器驱动行程为10 μm的压电陶瓷时,0～100 V阶跃信号响应时间小于400 μs,满行程带宽可达1.5 kHz,给定直流信号下可获得良好的稳定输出.     

压电型电液伺服阀控制方法研究

由于压电型电液伺服阀的阀芯采用两个对顶压电驱动器驱动,且压电驱动器固有的迟滞非线性,使两压电驱动器的输出具有很强的耦合作用,不能同步,从而使阀芯的运动速度、精度和平稳性降低。采用单纯的PID控制可以在一定程度上实现解耦控制,但其控制精度较低。提出了一种基于DRNN网络整定的PID控制器,它根据DRNN网络辨识的被控对象的Jacobian信息,在线调整PID控制器的比例、积分和微分参数,从而使DRNN网络整定的PID控制器很好地实现了阀芯的解耦同步控制。实验结果表明DRNN网络整定PID控制的综合性能优于常规PID控制。     

压电直动式气动PWM比例阀试验研究

传统的气动脉宽调制(PWM)比例阀因采用电磁铁为电 机械转换器而存在响应时间慢,稳态精度差等缺点,因而提出了一种基于压电陶瓷为电 机械转换器的新型压电直动式气动PWM比例阀的总体结构方案。研制了其实物样机,并进行了其动态特性试验研究,分析了PWM载波频率和载波幅值、比例P系数对阀动态性能的影响。与同级别气动比例阀的试验对比表明,该阀具有响应速度快和稳态精度高的特点,具有良好的工业应用前景。     

压电驱动器迟滞特性的Preisach模型研究

压电驱动器的迟滞特性是影响其位移输出精度的主要因素。该文采用改进的Preisach模型对压电驱动器的迟滞特性进行建模，并进行了相应的实验研究。实验结果表明该模型可以很好地预测压电驱动器在经过一定的控制电压序列以后的位移输出值．能够有效地降低迟滞特性对压电驱动器位移输出精度的影响。     

压电陶瓷材料电学性能参数测量研究

从双层压电梁在电场作用下的位移响应与电场的关系式出发，借助于试验数据逆推导出压电陶瓷材料的电学性能参数。位移响应的试验数据采用非接触激光测振仪得到。该文方法相对压电参数测量的静态法、动态线路传输法和动态电容法减少了许多中间测量环节和等效处理手段，且易于具体实施，相对于动态位移法又有更好的精度，为压电陶瓷类材料电学性能参数测量提供了一种全新的测量方法。     

压电陶瓷传感器灵敏度的研究

由于具有压电效应，压电陶瓷能直接将非电量转变为电量，同时它的压电常数可通过调整配方组成或改变陶瓷片的组合方式而得到大幅度提高，从而可有效地提高它的灵敏度，因此，以压电陶瓷作敏感元的传感器越来越受到人们的重视。简单介绍了压电传感器的基本原理及构成，分别从静态和动态两方面，详细讨论了影响压电传感器灵敏度的因素，在此基础上得出了提高灵敏度的有效方法。     

四自由度压电自感知微夹钳的设计

为提高压电微夹钳操作的灵活性,省掉用于检测其位移的外部传感器,该文设计了一种新型的四自由度压电微夹钳,并采用自感知方法获得其钳指位移。首先,基于两组空间垂直交叉的横向逆压电效应,设计了在夹持方向和垂直夹持方向上同时运动的四自由度压电微夹钳新结构;其次,基于压电晶片在电压作用下发生变形的同时在其表面产生电荷的思想,提出了电荷积分的自感知方法获取压电微夹钳的钳指位移;最后,通过实验测试了压电微夹钳的静动态特性及位移自感知特性。实验结果表明,基于自感知方法获得的位移与基于传感器获得的结果具有较好的一致性。     

静电场对压电薄膜中声表面波传播的影响

该文介绍了声表面波(SAW)在压电薄膜中传播时静电场的影响机理。首先给出了静电场作用下压电薄膜中的初始应力和初始电位移,然后通过求解含有初始应力和初始电位移的压电介质耦合波动方程,得到SAW在静电场影响下的相速度变化和频散曲线,最后仿真分析了ZnO和AlN两种压电薄膜材料中SAW的传播特性。结果表明,SAW的相速度与静电场成正比,与波数成反比。     

压电致动器双向电源研究

提出并研究了一种压电致动器电源，它可以实现对压电致动器的从负电压到正电压的双向电压作用，且作用电压可以很高并可不间断连续作用。该电源具有易于实现压电致动器输出自动控制和输出范围大的特点，适宜逆压电效应为基本原理的压电器件在以静态位移输出为主要目的的场合应用。文中论述和分析了这种电源的工作原理和电路实现方法，推导出理论计算公式，并给出了实验结论与应用情况。     

微进给刀架中位移放大机构的优化设计

基于压电陶瓷驱动的刀具微进给机构是满足精密加工的重要途径,为进一步增加微进给刀架驱动位移,在微进给刀架中增加一种柔性铰链微位移放大机构,增加压电陶瓷驱动器输出位移。该文设计了4种微位移放大机构,理论计算了静态刚度,利用ANSYS软件对4种微位移放大机构进行了建模和有限元数值仿真分析,对比了不同类型的微位移放大机构的放大倍数、负载能力和应力情况等静态特性,为优化设计刀具微进给机构打下良好基础。     

Design,manufacture, and clamping operation of a 4-DOF piezoelectric micro-gripper

To improve the operational flexibility of the piezoelectric microgripper, a new four-degree-of-freedom piezoelectric microgripper was designed and fabricated. The clamp fingers can move both along the clamping direction and along its vertical direction. Also, clamping experiments were conducted on a φ 300 μm × 20 mm micro-shaft. Based on the transverse inverse piezoelectric effect of two groups of vertical intersections, a new configuration of a four-degree-of-freedom piezoelectric micro-gripper is designed. It can produce micro-displacement along the clamping direction and vertical clamping direction simultaneously. According to the Euler-Bernoulli beam equation, the Lagrangian function method and Hamilton variational principle are used to model the four-degree-of-freedom piezoelectric micro-gripper. Then, based on the optimization of the geometric parameters of the fingers, the static and dynamic characteristics of the microgripper are analyzed by the finite element method. After that, the micro-gripper is made using lithography, gluing, and laser cutting. Finally, the piezoelectric microgripper's static and dynamic characteristics and the micro-shaft's clamping operation are tested by experiments. The experimental results show that the maximum displacement, response time, and natural frequency of the designed micro-gripper along and perpendicular to the clamping direction agree well with the finite element simulation. The designed microgripper exhibits a promising prospect in practical micromanipulation applications.     

Low-Frequency Piezoelectric Energy Conversion for an Intrathoracic Artificial Heart

The present paper is concerned with an evaluation of a piezoelectric energy conversion system in which two columns of piezoelectric ceramic disks are excited axially by means of thin metallic shims stacked alternately with the disks. Mechanical energy output is extracted through the expansion and contraction of the Columns. The treatment is based upon the equivalent circuit approach first suggested by Mason. A lever system is used in making the mechanical impedance transformation between the very high force and small displacement of the piezoelectric columns and the low force and relatively large displacement required for an artificial heart. The role of mass loading in improving the power capability and efficiency of the energy converter is clearly indicated. It is concluded that the theoretical energy output per unit mass of material per cycle and the efficiency of conversion are such as to justify a continued developmental effort.     

0-3型水泥基压电复合材料有限元分析与优化

用ANSYS有限元软件对纯压电陶瓷(PW)及0-3型水泥基压电复合材料(PCM0)依次进行静力、模态、谐响应及瞬态动力特性力-电耦合场分析,并以PCM0半径(Rc)和厚度(Hc)为变量对进行材料量优化设计。相比PW,PCM0垂直于极化方向的电位移增大10.9%,使压电应变常数增大;响应频率减小,呈稳态响应特性;水泥掺入对PCM0迟滞效应影响可接受。PCM0最优材料用量对应的Rc、Hc分为5.1mm、0.76mm。