基于DSP和ARM的压电陶瓷叠堆数字驱动电源设计

压电陶瓷叠堆是由多个压电陶瓷片组成,具有体积小、出力大、响应快等特点,为提高压电陶瓷叠堆驱动电源的输出性能和响应速度,同时改善驱动电源输出纹波较高的缺点,提出了一种基于ARM和DSP的高压压电陶瓷叠堆数字驱动电源方案,详细的介绍了驱动电源的系统构成、硬件电路、控制策略、仿真和实验结果。该驱动电源通过多路移相并联电路、LC滤波电路和反馈电路调节输出电压电流。在等效电容为5uF的压电陶瓷负载下,输入信号频率为10Hz～300Hz,驱动电源输出的电压峰值最高为1000V,输出电流峰值最高为9A,输出电压的增益最高可达到100倍。实验结果表明,该驱动电源满足压电陶瓷叠堆高压、大电流、低纹波的驱动要求,在ARM和DSP的控制下系统具有很好的动态响应速度和稳定性。     

基于LabVIEW FPGA的压电陶瓷驱动器位移控制研究

针对传统实时模块存在的响应速度较慢、采样周期较长等缺点,不能满足压电陶瓷驱动器快速响应的要求,在LabVIEW FPGA模块下搭建了压电陶瓷驱动器的控制系统,并采用PID控制方法进行压电陶瓷驱动器的位移控制实验研究。实验结果表明:与实时模块PID控制方法相比,基于LabVIEW FPGA模块PID控制方法能有效提高压电陶瓷驱动器的动态性能,响应时间由37 ms降低到15 ms,且基本无超调。     

钨青铜系列压电陶瓷驱动器迟滞特性的改善

为提高微动工作台开环控制的定位精度,选用了性能稳定的新型钨青铜型多层片式压电陶瓷驱动器作为驱动元件.同时根据压电晶体的电畴结构和晶体结构原理,研制出抗迟滞驱动控制软件.实验证明,采用了这种新的驱动方式可以使驱动器的迟滞误差下降70%～90%.     

压电陶瓷微位移器件控制模型的研究

从不同角度介绍了压电陶瓷微位移器件的两种控制模型.首先,借助于统计物理学分析,结合数学建模方法,建立了一个简单实用的压电陶瓷的迟滞数学模型.其次,借助于弹性体变形理论,介绍了压电/电致伸缩陶瓷的归一化控制模型,从理论上说明了采用电极化强度的方法可以有效减小迟滞的观点.并设计了两种实验系统,对两种控制模型进行了实验验证,实验结果表明,所建立的两种模型可有效减小压电陶瓷的迟滞非线性误差,提高压电陶瓷微位移的控制精度,有助于实现压电陶瓷驱动器的高精度开环微位移控制.     

基于压电陶瓷光电相移驱动的大行程纳米定位系统

由于压电陶瓷驱动器作纳米定位控制系统驱动元件会导致定位过程中出现超调及振荡现象,故提出了一种新的基于外差干涉仪和自制高频相移电路的光电相移压电陶瓷驱动方法。实验论证了在严格控制的实验环境下,压电陶瓷能实现自主位置锁定并以纳米量级步距值被逐步推进。步距值可控的压电陶瓷驱动器与商用宏动平台结合,可实现纳米精度重复性的大行程定位系统。实验结果表明,对于5mm往返行程的位移,在靠近目标处执行理论值为5nm步距值的步进位移时,系统的定位重复性精度小于1nm。该定位方法规避了压电陶瓷的机械非线性误差,具有系统架构简单,定位速度快等优点,可应用于当前纳米科技和超精密加工等领域。     

压电陶瓷驱动器模糊自整定PID控制方法研究

本文将模糊自整定PID控制思想应用于对压电陶瓷驱动器的控制，运用模糊理论的方法对PID的3个参数进行在线自调整，有效克服压电陶瓷驱动器迟滞，非线性的影响。在LabVIEW环境下实现了该控制算法。在此基础上，建立了实验系统，对压电陶瓷驱动器进行模糊自整定PID控制研究。实验结果表明，被控制方法明显提高了系统的动态性能和稳态精度，同时系统具有较强的适应性和鲁棒性。     

叠堆式压电陶瓷驱动器的复合控制

提出了逆Bouc-Wen前馈控制与反馈控制相结合的复合控制算法,用于改善压电陶瓷驱动器对目标轨迹的跟踪性能。建立了压电陶瓷驱动器的Bouc-Wen迟滞动力学模型,并用粒子群算法(PSO)对该模型的参数进行识别。基于Bouc-Wen迟滞模型,提出了逆Bouc-Wen前馈补偿控制。最后,为消除迟滞模型的不确定性,引入比例积分(PI)反馈控制,并与前馈补偿控制构成复合控制算法。建立了基于dSPACE实时系统的压电陶瓷驱动实验平台,迟滞实验结果表明:压电陶瓷的迟滞误差量几乎为0,线性度高达96.5%;目标轨迹跟踪实验结果表明:复合控制算法的最大跟踪误差为0.180 5μm,均方根(RMS-Root mean square)跟踪误差为0.055 4μm,跟踪精度达到了10-8 m。相比于开环控制、前馈控制及PI反馈控制,提出的复合控制算法能够基本消除压电陶瓷的迟滞非线性,同时具有很好的轨迹跟踪性能。     

基于脉宽调制(PWM)控制的超磁致伸缩驱动器的研究与设计

论述了基于PWM控制的超磁致伸缩驱动器的基本结构、工作原理及静、动态实验结果；介绍了驱动器产生剩磁的机制和为消除剩磁而需外加反向磁场强度的理论计算和实验测定的方法，并设计了相应的消磁电路。研究表明，基于PWM控制的超磁致驱动器的结构更简单，用于驱动开关阀时，能获得比压电陶瓷驱动器更好的动静态性能。     

新型精密磨削辅助微进给平台的研制及特性研究

设计了一种用于平面磨削主动控制的新型数控微进给工件平台.该平台由3个压电陶瓷(PZT)驱动器驱动,3个半圆形的弹性铰链构成的弹性环节实现对压电陶瓷驱动器的预紧.通过实验的方法研究了微进给平台的位移输出、静动态刚度等特性.     

压电陶瓷驱动电源的研究现状及进展

压电陶瓷驱动器在电场作用下存在压电效应,从理论上讲,压电陶瓷器件可以获得无限小的位移分辨率,但是由于电源的稳定性和压电陶瓷本身的特性而产生迟滞和蠕变现象,从而降低其定位精度.采用不同方式的驱动电源和控制模型将直接影响压电陶瓷致动器的输出性能.文中从驱动电源的发展和驱动器模型2个角度,总结了国内外不同的驱动方案,进而提出应该优先选用电流源驱动压电陶瓷,并得出根据应用场合不同选择相应驱动电源和控制模型的结论.