面向動(dòng)態(tài)精密定位壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)技術(shù)研究.pdf

1、隨著納米技術(shù)的發(fā)展,在微電子制造、微納制造、生命科學(xué)、汽車工業(yè)、超精密加工與測(cè)量等領(lǐng)域越來越迫切需要高速動(dòng)態(tài)納米定位系統(tǒng),這使得人們研究的操作對(duì)象從宏觀領(lǐng)域逐步深入到了微觀領(lǐng)域。目前壓電陶瓷在動(dòng)態(tài)定位領(lǐng)域的應(yīng)用越來越廣泛,典型應(yīng)用有高速掃描探針顯微鏡、電火花微細(xì)加工、壓電式高速開關(guān)閥、壓電噴墨打印、壓電式顯微切割、壓電式細(xì)胞注射等。壓電陶瓷的動(dòng)態(tài)性能,在很大程度上依賴于驅(qū)動(dòng)器的性能,例如驅(qū)動(dòng)電源的效率、輸出有效帶寬、穩(wěn)定性、帶負(fù)載能力以

2、及輸出紋波等。國內(nèi)市場上的壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)電源不同程度的存在一些缺點(diǎn),例如,體積大、使用效率低、輸出有效頻帶窄、穩(wěn)定性差等。
　　針對(duì)壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)電源存在的體積大、使用效率低等問題,本文研究壓電陶瓷在動(dòng)態(tài)下的PWM脈寬調(diào)制控制的驅(qū)動(dòng)機(jī)理,并對(duì)PWM脈寬調(diào)制工作電路進(jìn)行建模分析,設(shè)計(jì)了以MSK公司生產(chǎn)的MSK4223開關(guān)型運(yùn)算放大器為核心的電壓反饋式壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)電源。該驅(qū)動(dòng)電源采用了雙路輸出電壓積分反饋的方法,提高了壓電陶瓷定位的精確度

3、,將使用效率提高到80％以上,動(dòng)態(tài)性能良好,輸出有效帶寬達(dá)到2KHz,發(fā)熱量極小,集成度明顯提高。
　　針對(duì)壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)電源存在的輸出有效頻帶窄、穩(wěn)定性差及帶載能力弱等問題,本文通過分析電壓控制型及傳統(tǒng)電荷型壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)電源在動(dòng)態(tài)應(yīng)用中,存在有效帶寬窄及漏電流影響的缺點(diǎn),設(shè)計(jì)了一種新型的高動(dòng)態(tài)電荷型壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)電源。該電源采用了平衡電阻匹配及電荷積分反饋的方法,針對(duì)不同的負(fù)載有不同的動(dòng)態(tài)特性,輸出電壓穩(wěn)定,最高輸出有效帶寬達(dá)23K