宏微直线压电电机微驱动机构设计与分析

为了解决宏微驱动直线压电电机微驱动位移较小、对宏动定位误差的补偿能力不足的问题,提出一种宏微驱动钹型直线压电电机。采用钹型复合压电叠堆为驱动单元替换压电陶瓷片组成的压电叠堆,实现轴向位移的一次放大,通过弹性拨齿的柔性铰链结构将钹型压电叠堆输出的微位移二次放大。该电机可在特定的驱动频率、工作电压和相位差下实现振子振动模态下的超声驱动,也可以通过微位移放大机构实现静态变形的微驱动(蠕动)。建立了该直线压电电机的三维有限元模型,利用有限元软件分别对弹性拨齿、钹型压电叠堆和复合振子进行静力学分析和静态优化设计。有限元仿真表明:基于柔性铰链结构的弹性拨齿经过优化后,最小刚度小于钹型压电叠堆的最小刚度;在相同条件下,优化后钹型压电叠堆沿轴向方向的静态变形量比由压电陶瓷片组成的压电叠堆的静态变形量提高了8.45倍;采用基于柔性铰链结构的弹性拨齿和钹型压电叠堆组成的复合振子的拨齿质点沿水平方向的静态位移量比优化前提高了12.1%,大幅提高了微驱动对宏动定位误差的补偿能力,为压电电机微驱动的结构设计及优化提供依据。     

基于DSP的压电电机的驱动系统性能测试与分析

针对高端制造装备对大行程、高精度直线运动机构的广泛需求,研究集宏微运动于一体的新型直线压电电机,提出交流宏驱动和直流微驱动两种工作模式,建立集宏微两种驱动方式于一体的驱动系统。驱动系统输出两相交流电压,相位-90~90°、频率10~60kHz、电压幅值0~400V之间连续可调,输出直流电压在0~400V动态可调,实现了交直流电压无缝转换。系统以TI公司提供的DSP28335为主控芯片进行驱动控制,运放芯片PA85搭建线性直流式放大电路。同时,考虑受被控制对非线性、时变性和耦合性等因素的影响,通过采样电路对输出信号进行实时采样,采用模糊自适应增量式比例-积分-微分对控制系统修正调节。结果表明,经过模糊自适应修正后的驱动电路输出量得到明显改善,驱动系统输出信号的相位、频率控制精度分别为5°和0.5kHz,能够稳定地驱动直线和旋转压电电机,具有较好的通用性。     

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。