隨著納米技術(shù)的發(fā)展,人們對高精度驅(qū)動和定位技術(shù)的需求也變得越來越大。壓電驅(qū)動器具有驅(qū)動精度高,響應(yīng)速度快,驅(qū)動力大,結(jié)構(gòu)簡單等優(yōu)點(diǎn),在高精度驅(qū)動和定位領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。但是壓電驅(qū)動器的驅(qū)動行程通常較短,只適用于短行程驅(qū)動的情況,無法滿足長行程(毫米級)驅(qū)動的要求。此外,壓電驅(qū)動器在應(yīng)用中會出現(xiàn)遲滯效應(yīng),即系統(tǒng)的激勵電壓和響應(yīng)位移之間會存在明顯的非線性,這會影響驅(qū)動器的精度和穩(wěn)定性,也會增加了控制系統(tǒng)的設(shè)計難度。針對壓電驅(qū)動器行程短的問題,本文基于摩擦驅(qū)動原理,設(shè)計了一款壓電慣性摩擦驅(qū)動器,該驅(qū)動器既具有壓電驅(qū)動器的高精度特點(diǎn),又具有摩擦驅(qū)動原理的長行程特點(diǎn),能夠?qū)崿F(xiàn)高精度長行程(毫米級)驅(qū)動和定位。由于壓電驅(qū)動器存在的遲滯效應(yīng)會影響驅(qū)動系統(tǒng)的精度和穩(wěn)定性,本文基于電荷控制法設(shè)計了一款新型高壓電荷控制電路,來降低壓電驅(qū)動器的遲滯非線性。該電荷控制電路基于高壓運(yùn)算放大器OPA454設(shè)計,使用平衡電阻來消除漏電阻的影響,適用于高壓接地壓電負(fù)載的情況下。實(shí)驗結(jié)果顯示在此電荷控制電路的作用下,壓電驅(qū)動器的遲滯效應(yīng)導(dǎo)致的非線性減少了82%。本文還設(shè)計了一款復(fù)合控制器來控制壓電慣性摩擦驅(qū)動器的運(yùn)動(定位運(yùn)動和軌跡跟蹤運(yùn)動)。根據(jù)驅(qū)動器當(dāng)前位置與目標(biāo)位置的距離,把其運(yùn)動分為步進(jìn)階段和精密階段,分別設(shè)計了步進(jìn)階段控制器和精密階段控制器。步進(jìn)階段控制器采用電壓比例控制法,實(shí)現(xiàn)較快的運(yùn)動速度,精密階段采用基于系統(tǒng)逆模型的前饋控制法,以達(dá)到高的驅(qū)動精度。搭建了實(shí)驗平臺進(jìn)行定位運(yùn)動和軌跡跟蹤運(yùn)動的運(yùn)動控制實(shí)驗,實(shí)驗結(jié)果顯示,相比于傳統(tǒng)的電壓比例控制法,采用復(fù)合控制器能明顯的提高驅(qū)動系統(tǒng)的精度和驅(qū)動速度。
【學(xué)位單位】：華東理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：TH122
【部分圖文】：

而利用壓電材料做成的壓電驅(qū)動器常用的結(jié)構(gòu)包括：薄膜型驅(qū)動器（單片型）、??疊堆型驅(qū)動器（多片型）、管型、長方體型等｜３＿６１。其中最常用的是疊堆型壓電驅(qū)動器，??它是由ｉ午多片的笮層壓電驅(qū)動片疊加粘結(jié)起來形成的，實(shí)物如圖１．１所示。壓電驅(qū)動器??具有如下優(yōu)點(diǎn)：（１）、非常高的運(yùn)動精度，理論Ｌ：可以達(dá)到無限小的位移分辨率；（２）、響??應(yīng)速度快，可以達(dá)到毫秒；（３）、驅(qū)動剛度大：（４）、輸出力較大；（５）、結(jié)構(gòu)簡單，緊湊，??體積�。罚薄；趬弘婒�(qū)動器的上述特性和優(yōu)點(diǎn)，壓電驅(qū)動器被廣泛地應(yīng)用于高精度定位??和驅(qū)動領(lǐng)域，以實(shí)現(xiàn)精密的位置控制或輸出較大的力。如下圖１．１所示，為一個三自由??度的壓電微動平臺，其中內(nèi)嵌三個壓電驅(qū)動器為驅(qū)動元件，在柔性鉸鏈的作用下終端平??臺產(chǎn)生微運(yùn)動，終端平臺在ｌ〇｜ｉｍｘ?１０ｐｍ的運(yùn)動范圍內(nèi)，運(yùn)動精度可以達(dá)到０．０５５７（ａｒｎ｜８１。??，』、柳ｒ??圖ｌ．ｉ多層疊堆型壓電驅(qū)動器實(shí)

器的位移輸出起到積極作用，本節(jié)會對兩種驅(qū)動原理進(jìn)行介紹。??２．２．１?摩擦驅(qū)動原理（ＦＤＡ：?Ｆｒｉｃｔｉｏｎ?ｄｒｉｖｅｎ?ａｃｔｕａｔｏｒ）??摩擦驅(qū)動原理的驅(qū)動器結(jié)構(gòu)和驅(qū)動過程如圖２．１所示。它由四個部分組成，包括固??定支架、壓電驅(qū)動器、驅(qū)動塊和終端輸出器。固定支架固定在地面上或者減震臺上，壓??電驅(qū)動器一端與固定支架固定連接，另一端與驅(qū)動塊固定連接，當(dāng)向壓電驅(qū)動器兩端施??加電壓，使壓電驅(qū)動器伸長或縮短時，驅(qū)動塊也隨之產(chǎn)生運(yùn)動。終端輸出器被直接放置??在驅(qū)動塊上，兩者之間沒有固定，靠摩擦力相互作用。在驅(qū)動過程中終端輸入器可以相??對驅(qū)動塊產(chǎn)生移動。驅(qū)動過程可以分為三個階段：??（１）

器的位移輸出起到積極作用，本節(jié)會對兩種驅(qū)動原理進(jìn)行介紹。??２．２．１?摩擦驅(qū)動原理（ＦＤＡ：?Ｆｒｉｃｔｉｏｎ?ｄｒｉｖｅｎ?ａｃｔｕａｔｏｒ）??摩擦驅(qū)動原理的驅(qū)動器結(jié)構(gòu)和驅(qū)動過程如圖２．１所示。它由四個部分組成，包括固??定支架、壓電驅(qū)動器、驅(qū)動塊和終端輸出器。固定支架固定在地面上或者減震臺上，壓??電驅(qū)動器一端與固定支架固定連接，另一端與驅(qū)動塊固定連接，當(dāng)向壓電驅(qū)動器兩端施??加電壓，使壓電驅(qū)動器伸長或縮短時，驅(qū)動塊也隨之產(chǎn)生運(yùn)動。終端輸出器被直接放置??在驅(qū)動塊上，兩者之間沒有固定，靠摩擦力相互作用。在驅(qū)動過程中終端輸入器可以相??對驅(qū)動塊產(chǎn)生移動。驅(qū)動過程可以分為三個階段：??（１）
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本文編號：2839320