為了解決傳統(tǒng)壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器固有的高精度與大行程的矛盾,提出了利用非共振式壓電電機(jī)的兩種不同運(yùn)動(dòng)模式來(lái)實(shí)現(xiàn)精密定位平臺(tái)的定位高精度與工作大行程的方案。設(shè)計(jì)了一種新型菱形壓電電機(jī),分析其工作原理,給出了定子結(jié)構(gòu)及夾持預(yù)緊結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方案。菱形壓電電機(jī)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,其步進(jìn)作動(dòng)模式下定位分辨率為1.0μm,連續(xù)運(yùn)動(dòng)模式下最大空載速度為0.932mm/s。在此基礎(chǔ)上,利用3臺(tái)菱形壓電電機(jī)同步驅(qū)動(dòng)并聯(lián)精密定位平臺(tái),實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,并聯(lián)平臺(tái)平動(dòng)定位分辨率為1.0μm,轉(zhuǎn)動(dòng)定位分辨率分別為8.6,11和10μrad。實(shí)驗(yàn)重復(fù)進(jìn)行10次,動(dòng)平臺(tái)定位分辨率的波動(dòng)率均低于5%,表明了該并聯(lián)平臺(tái)具有良好的同步性與重復(fù)性。另一方面,利用菱形壓電電機(jī)的連續(xù)運(yùn)動(dòng)模式可實(shí)現(xiàn)大行程空間定位,其平動(dòng)工作行程為3.54 mm,轉(zhuǎn)動(dòng)工作行程分別為3.92°,4.16°和4.05°。借助于菱形壓電電機(jī)的不同工作模式實(shí)現(xiàn)了并聯(lián)平臺(tái)的精密定位和大行程工作空間兩個(gè)關(guān)鍵指標(biāo),為進(jìn)一步研究精密定位平臺(tái)的動(dòng)態(tài)性能、控制規(guī)律提供了理論價(jià)值和實(shí)踐基礎(chǔ)。 

【文章來(lái)源】：振動(dòng).測(cè)試與診斷. 2020,40(04)北大核心

【文章頁(yè)數(shù)】：11 頁(yè)

【部分圖文】：

菱形壓電直線電機(jī)定子結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖

菱形放大機(jī)構(gòu)被廣泛應(yīng)用于精密定位領(lǐng)域，其本質(zhì)上是兩個(gè)三角形放大機(jī)構(gòu)的串聯(lián)組合。菱形壓電電機(jī)驅(qū)動(dòng)原理如圖3所示。在Ⅰ階段（開始階段），受預(yù)緊機(jī)構(gòu)作用，菱形壓電電機(jī)驅(qū)動(dòng)足壓緊動(dòng)子表面；當(dāng)菱形壓電電機(jī)內(nèi)部壓電疊堆受到鋸齒波信號(hào)激勵(lì)后開始向右伸長(zhǎng)，此時(shí)進(jìn)入Ⅱ階段（驅(qū)動(dòng)階段），依靠驅(qū)動(dòng)足和動(dòng)子間的靜摩擦力帶動(dòng)動(dòng)子向右運(yùn)動(dòng)；到了Ⅲ階段（回程階段），鋸齒波信號(hào)快速下降，壓電疊堆迅速收縮，驅(qū)動(dòng)足處于回程階段，動(dòng)子由于慣性繼續(xù)向右運(yùn)動(dòng)，但由于驅(qū)動(dòng)足與動(dòng)子間產(chǎn)生滑動(dòng)摩擦力，在該摩擦力作用下動(dòng)子速度有所下降，或者出現(xiàn)少量反方向位移，從宏觀上看動(dòng)子仍然向一個(gè)方向持續(xù)運(yùn)動(dòng)。從菱形壓電電機(jī)的整個(gè)工作運(yùn)動(dòng)周期來(lái)看，利用鋸齒波信號(hào)和自身慣性原理能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)動(dòng)子的宏觀驅(qū)動(dòng)。圖3 菱形壓電電機(jī)驅(qū)動(dòng)原理簡(jiǎn)圖

圖2 菱形壓電直線電機(jī)夾持預(yù)緊機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖圖4為柔性菱形壓電電機(jī)定子變形示意圖。如圖4所示，設(shè)菱形機(jī)構(gòu)右桿長(zhǎng)度為l1，左桿長(zhǎng)度為l2，右桿端點(diǎn)P在x方向的位移為a，在y方向的位移為b，左桿端點(diǎn)P在x方向的位移為a′，在y方向的位移為b′，其中b=b′，a+a′=c。由三角函數(shù)知識(shí)可得

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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