基于雙穩(wěn)態(tài)結構的壓電精密定位驅動器設計.pdf

1、精密定位驅動技術是實現精密制造和精確測量的重要途徑，在航空航天、武器系統(tǒng)、微機械制造、集成電路、超精密加工、半導體技術、微電子封裝(SMT)、生命與醫(yī)療科學等領域具有廣泛的應用需求。
　　精密定位驅動技術的實現依賴于智能驅動材料與彈性支撐結構的集成設計，而壓電智能材料所固有的遲滯非線性已成為限制定位精度提高的瓶頸，并且在特殊情況下會引起系統(tǒng)震蕩，造成系統(tǒng)位移輸出不穩(wěn)定。因此，需要從驅動器彈性結構設計方面探索和研究消除遲滯影響的新途

2、徑。本論文主要展開了以下研究工作:
　　(1)針對傳統(tǒng)壓電驅動器驅動位移小、能耗高和受壓電材料遲滯非線性影響嚴重的問題，提出兩種基于雙穩(wěn)態(tài)彈性元件的新型壓電驅動器設計方法，利用雙穩(wěn)態(tài)結構在特定位置無需驅動電壓即可定位的特征來消除材料遲滯造成的定位誤差。具體包括:(a)以保證雙穩(wěn)態(tài)特征前提下的低驅動能耗為目標，建立了雙穩(wěn)態(tài)梁式驅動器壓電材料布局優(yōu)化設計模型，得到一種中間鋪設壓電材料的新型雙穩(wěn)態(tài)驅動器，分析了壓電材料的鋪設位置和長度對

3、驅動能耗和行程的影響關系;(b)以增大驅動器行程為目標，提出一種新型大行程雙穩(wěn)態(tài)驅動器的設計方法，協(xié)同設計壓電材料布置、雙穩(wěn)態(tài)梁構型、位移放大機構及其連接形式等參數，使定位點處所需要的驅動電壓為零，進而消除遲滯的影響，數值實驗驗證了所提出的設計方法的可行性。
　　(2)針對多級精密定位的應用需求，提出多單胞結構級聯(lián)的多穩(wěn)態(tài)定位驅動器的設計方法。(a)以低驅動電壓為目標，借助拓撲優(yōu)化技術，建立了雙穩(wěn)態(tài)鼓包式驅動器的壓電材料布置優(yōu)化設