本文關(guān)鍵詞：低頻脈沖激勵(lì)步進(jìn)蠕動(dòng)式精密壓電驅(qū)動(dòng)器的研究

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【摘要】：隨著近些年精密加工、微納制造等領(lǐng)域快速發(fā)展,精密驅(qū)動(dòng)和定位技術(shù)已經(jīng)成為加工和制造領(lǐng)域中最為基礎(chǔ)和亟待解決的關(guān)鍵技術(shù)。而壓電驅(qū)動(dòng)技術(shù)是一種新型的驅(qū)動(dòng)方式,它伴隨著壓電元件、磁致伸縮等功能材料的出現(xiàn)和不斷完善得到了飛速的發(fā)展。它具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、運(yùn)動(dòng)分辨率高、功率密度高、定位精度高、響應(yīng)速度快、斷電自鎖、無電磁干擾、等突出優(yōu)點(diǎn)。所以將壓電驅(qū)動(dòng)技術(shù)應(yīng)用于精密驅(qū)動(dòng)具有重要的科學(xué)意義和應(yīng)用價(jià)值。本文研制了一種步進(jìn)蠕動(dòng)式精密壓電驅(qū)動(dòng)器,分析了步進(jìn)蠕動(dòng)式壓電精密壓電驅(qū)動(dòng)器的工作原理,設(shè)計(jì)了壓電驅(qū)動(dòng)器的結(jié)構(gòu)。根據(jù)壓電驅(qū)動(dòng)器的工作原理,本文設(shè)計(jì)了具有對(duì)稱性的工字型結(jié)構(gòu),然后利用ANSYS有限元仿真對(duì)其結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化和材料選擇。在確定了壓電驅(qū)動(dòng)器的結(jié)構(gòu)后,用ANSYS軟件對(duì)步進(jìn)蠕動(dòng)式精密壓電驅(qū)動(dòng)器進(jìn)行了仿真分析,包括靜力學(xué)分析、模態(tài)分析和瞬態(tài)分析。這為步進(jìn)蠕動(dòng)式精密壓電驅(qū)動(dòng)器提供了理論基礎(chǔ)。本文研制了壓電驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)電源,驅(qū)動(dòng)電源包含硬件部分和軟件部分。硬件部分包含控制電路、高壓電路、驅(qū)動(dòng)電路和基本穩(wěn)壓電路四個(gè)部分組成,軟件部分包含控制信號(hào)程序、電壓采集程序、LED顯示程序和串口通信程序四個(gè)部分。本文對(duì)驅(qū)動(dòng)電源各個(gè)部分進(jìn)行設(shè)計(jì)和調(diào)試,最終得到了電壓在200V內(nèi)可調(diào),頻率在100Hz內(nèi)可調(diào),并且具有較強(qiáng)的驅(qū)動(dòng)輸出能力和較小紋波的驅(qū)動(dòng)電源。驅(qū)動(dòng)電源信號(hào)輸出與步進(jìn)蠕動(dòng)式精密壓電驅(qū)動(dòng)器的工作原理時(shí)序分析信號(hào)相吻合,同時(shí)它具有過流保護(hù)功能。本文研制了壓電驅(qū)動(dòng)器實(shí)驗(yàn)測(cè)試平臺(tái),平臺(tái)主要由步進(jìn)蠕動(dòng)式精密壓電驅(qū)動(dòng)器、夾緊裝置、驅(qū)動(dòng)器運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌和預(yù)緊裝置等結(jié)構(gòu)組成,驗(yàn)證步進(jìn)蠕動(dòng)式精密壓電驅(qū)動(dòng)器的工作性能。本文選擇電容測(cè)微儀作為測(cè)量傳感器,測(cè)得壓電驅(qū)動(dòng)器的重復(fù)性較好,壓電驅(qū)動(dòng)器的步距與電壓近似成線性變化,其斜率為0.01μm/V。壓電驅(qū)動(dòng)器實(shí)驗(yàn)測(cè)試平臺(tái)的最大輸出力為4.7N,其速度隨著電壓升高而增加,隨著頻率的增加先增加后減小,在30Hz內(nèi)工作比較穩(wěn)定,適合精密驅(qū)動(dòng),在70Hz其速度達(dá)到最大值。
【關(guān)鍵詞】：壓電驅(qū)動(dòng)器 步進(jìn)蠕動(dòng) 驅(qū)動(dòng)電源 低頻脈沖
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TN384
【目錄】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-10
• 第1章 緒論10-20
• 1.1 課題背景及研究的目的和意義10-11
• 1.1.1 課題的來源10
• 1.1.2 課題研究的背景和意義10-11
• 1.2 壓電驅(qū)動(dòng)器的國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀及分析11-18
• 1.2.1 國(guó)外研究現(xiàn)狀11-15
• 1.2.2 國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀15-18
• 1.2.3 國(guó)內(nèi)外文獻(xiàn)綜述的簡(jiǎn)析18
• 1.3 本文的主要研究?jī)?nèi)容18-20
• 第2章 步進(jìn)蠕動(dòng)式壓電驅(qū)動(dòng)器致動(dòng)原理和結(jié)構(gòu)方案分析20-32
• 2.1 引言20
• 2.2 壓電元件特性20-21
• 2.3 步進(jìn)蠕動(dòng)式壓電驅(qū)動(dòng)器致動(dòng)原理21-23
• 2.4 步進(jìn)蠕動(dòng)式精密壓電驅(qū)動(dòng)器的結(jié)構(gòu)方案23-27
• 2.4.1 壓電驅(qū)動(dòng)器基本結(jié)構(gòu)23-24
• 2.4.2 壓電元件材料24-26
• 2.4.3 金屬材料和結(jié)構(gòu)優(yōu)化26-27
• 2.5 步進(jìn)蠕動(dòng)式精密壓電驅(qū)動(dòng)器仿真分析27-30
• 2.5.1 靜力學(xué)特性仿真分析27-28
• 2.5.2 模態(tài)特性仿真分析28-30
• 2.5.3 瞬態(tài)特性仿真分析30
• 2.6 壓電元件等效電路建立30-31
• 2.7 本章小結(jié)31-32
• 第3章 基于步進(jìn)蠕動(dòng)式壓電驅(qū)動(dòng)器原理的驅(qū)動(dòng)電源設(shè)計(jì)與研制32-50
• 3.1 引言32
• 3.2 驅(qū)動(dòng)電源設(shè)計(jì)要求及技術(shù)指標(biāo)32-33
• 3.3 驅(qū)動(dòng)電源系統(tǒng)結(jié)構(gòu)33-34
• 3.4 驅(qū)動(dòng)電源硬件部分34-42
• 3.4.1 控制電路部分35-37
• 3.4.2 高壓電路部分37-38
• 3.4.3 驅(qū)動(dòng)電路部分38-40
• 3.4.4 基本穩(wěn)壓電路部分40-42
• 3.5 驅(qū)動(dòng)電源軟件部分42-47
• 3.5.1 頻率可變控制信號(hào)42-44
• 3.5.2 電壓采集44
• 3.5.3 LED顯示44-45
• 3.5.4 串口通信45-47
• 3.6 電源設(shè)計(jì)與測(cè)量結(jié)果47-49
• 3.7 本章小結(jié)49-50
• 第4章 步進(jìn)蠕動(dòng)式壓電驅(qū)動(dòng)器的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)和性能測(cè)試50-66
• 4.1 引言50
• 4.2 實(shí)驗(yàn)樣機(jī)與實(shí)驗(yàn)測(cè)試平臺(tái)50-52
• 4.2.1 步進(jìn)蠕動(dòng)式精密壓電驅(qū)動(dòng)器樣機(jī)50-51
• 4.2.2 實(shí)驗(yàn)平臺(tái)系統(tǒng)裝置51-52
• 4.3 壓電驅(qū)動(dòng)器阻抗測(cè)試與分析52-54
• 4.3.1 壓電驅(qū)動(dòng)器阻抗測(cè)試52-53
• 4.3.2 壓電驅(qū)動(dòng)器阻抗分析53-54
• 4.4 壓電驅(qū)動(dòng)器空載特性測(cè)試54-59
• 4.4.1 壓電驅(qū)動(dòng)器重復(fù)性測(cè)試54-56
• 4.4.2 壓電驅(qū)動(dòng)器響應(yīng)時(shí)間測(cè)試56-58
• 4.4.3 壓電驅(qū)動(dòng)器步距與電壓的關(guān)系58-59
• 4.5 壓電驅(qū)動(dòng)器實(shí)驗(yàn)平臺(tái)特性測(cè)試59-63
• 4.5.1 實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的箝位力及分析59-60
• 4.5.2 實(shí)驗(yàn)平臺(tái)輸出曲線60-61
• 4.5.3 實(shí)驗(yàn)平臺(tái)速度與電壓的關(guān)系61-62
• 4.5.4 實(shí)驗(yàn)平臺(tái)速度與頻率的關(guān)系62-63
• 4.6 壓電驅(qū)動(dòng)器性能測(cè)試分析63-65
• 4.6.1 仿真與實(shí)驗(yàn)比較63-64
• 4.6.2 實(shí)驗(yàn)測(cè)量結(jié)果分析64-65
• 4.7 本章小結(jié)65-66
• 結(jié)論66-68
• 參考文獻(xiàn)68-73
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的論文及其它成果73-75
• 致謝75

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