新型壓電驅(qū)動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)動器，以及利用這種新型壓電驅(qū)動器結(jié)合光柵測試系統(tǒng)、電磁動器研制一維、二維高精度位移定位控制集成系統(tǒng)。論文介紹陶瓷驅(qū)動器的研究現(xiàn)狀以及相對電磁驅(qū)動器的優(yōu)點，分析了已壓電驅(qū)動器的優(yōu)缺點。對所研制新型壓電驅(qū)動器運動過程進行分析，以及利用軟件對其運動進行模擬、仿真。試驗分析了新驅(qū)動器的運動性能和一維、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，實現(xiàn)高精度連續(xù)步進位移。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)動部件穩(wěn)定滑行的導(dǎo)向桿，負載滑塊在摩擦力穩(wěn)定的軌上移動。 用電磁伺服驅(qū)動器和新型壓電驅(qū)動器相結(jié)合組成混合驅(qū)動器計定位驅(qū)動結(jié)構(gòu)，研制一維高精度、大行程位移定位系統(tǒng)。高電驅(qū)動器和低精度伺服驅(qū)動器由微機控制，負載滑塊位移反饋()利用光柵編碼器測試提供，實現(xiàn)了高精度定位的自動化。 對新型壓電驅(qū)動器進行優(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)計二維定位驅(qū)動器組互驅(qū)推桿，利用互驅(qū)推桿、相鄰正交滑軌，四個混合驅(qū)動器組在控制軟件的操縱下驅(qū)動平移臺在四個方向運動。實現(xiàn)二維高精度驅(qū)動定位及控制的集成。 根據(jù)新型壓電驅(qū)動器的簡化模型，建立壓電驅(qū)動器的動態(tài)運動二階微分方程，對其運動性能進行數(shù)值分析，采用ANSYS軟件和自編軟件對壓電驅(qū)動器運動進行了模擬、仿真。 建立高分辨率光柵測試系統(tǒng)，對新型壓

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