新型壓電驅(qū)動(dòng)器及高精度定位控制系統(tǒng)研究.pdf

1、論文根據(jù)壓電陶瓷的逆壓電效應(yīng)研制了一種新型結(jié)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)器，以及利用這種新型壓電驅(qū)動(dòng)器結(jié)合光柵測試系統(tǒng)、電磁動(dòng)器研制一維、二維高精度位移定位控制集成系統(tǒng)。論文介紹陶瓷驅(qū)動(dòng)器的研究現(xiàn)狀以及相對電磁驅(qū)動(dòng)器的優(yōu)點(diǎn)，分析了已壓電驅(qū)動(dòng)器的優(yōu)缺點(diǎn)。對所研制新型壓電驅(qū)動(dòng)器運(yùn)動(dòng)過程進(jìn)行分析，以及利用軟件對其運(yùn)動(dòng)進(jìn)行模擬、仿真。試驗(yàn)分析了新驅(qū)動(dòng)器的運(yùn)動(dòng)性能和一維、二維高精度位移定位系統(tǒng)的定位性論文主要從以下幾個(gè)方面完成了創(chuàng)新性研究： 用彈簧振子和壓電

2、振子耦合，實(shí)現(xiàn)高精度連續(xù)步進(jìn)位移。壓電陶瓷環(huán)和電極間隔排列，并使用變幅桿和緊固螺栓固定，繞保證驅(qū)動(dòng)部件穩(wěn)定滑行的導(dǎo)向桿，負(fù)載滑塊在摩擦力穩(wěn)定的軌上移動(dòng)。 用電磁伺服驅(qū)動(dòng)器和新型壓電驅(qū)動(dòng)器相結(jié)合組成混合驅(qū)動(dòng)器計(jì)定位驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)，研制一維高精度、大行程位移定位系統(tǒng)。高電驅(qū)動(dòng)器和低精度伺服驅(qū)動(dòng)器由微機(jī)控制，負(fù)載滑塊位移反饋()利用光柵編碼器測試提供，實(shí)現(xiàn)了高精度定位的自動(dòng)化。 對新型壓電驅(qū)動(dòng)器進(jìn)行優(yōu)化，采用雙支架潤滑結(jié)構(gòu)降低導(dǎo)向桿

3、與支撐底座之間的摩擦力。設(shè)計(jì)新穎的具有軌道結(jié)構(gòu)的特定摩擦阻尼的X-Y平移臺，設(shè)計(jì)二維定位驅(qū)動(dòng)器組互驅(qū)推桿，利用互驅(qū)推桿、相鄰正交滑軌，四個(gè)混合驅(qū)動(dòng)器組在控制軟件的操縱下驅(qū)動(dòng)平移臺在四個(gè)方向運(yùn)動(dòng)。實(shí)現(xiàn)二維高精度驅(qū)動(dòng)定位及控制的集成。 根據(jù)新型壓電驅(qū)動(dòng)器的簡化模型，建立壓電驅(qū)動(dòng)器的動(dòng)態(tài)運(yùn)動(dòng)二階微分方程，對其運(yùn)動(dòng)性能進(jìn)行數(shù)值分析，采用ANSYS軟件和自編軟件對壓電驅(qū)動(dòng)器運(yùn)動(dòng)進(jìn)行了模擬、仿真。 建立高分辨率光柵測試系統(tǒng)，對新型壓

4、電驅(qū)動(dòng)器運(yùn)動(dòng)性能進(jìn)行測試，對一維、二維高精度位移定位系統(tǒng)定位性能進(jìn)行測試。隨著驅(qū)動(dòng)脈沖頻率的變化，壓電驅(qū)動(dòng)器表現(xiàn)出兩種運(yùn)動(dòng)模式：步進(jìn)模式；連續(xù)模式。本論文研制的新型壓電驅(qū)動(dòng)器樣機(jī)在驅(qū)動(dòng)脈沖方波的脈沖寬度1ms時(shí)，驅(qū)動(dòng)器的運(yùn)動(dòng)速度最快、位移行程最長、線性度好、單步位移大小與驅(qū)動(dòng)脈沖幅度線性相關(guān)。壓電驅(qū)動(dòng)器的單步位移分辨率達(dá)到20nm，運(yùn)行速度可達(dá)0.6mm/s，位移行程達(dá)30mm，驅(qū)動(dòng)負(fù)載能力大于100g。位移定位系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)高精度位移分