电荷驱动在压电高速驱动平台中的应用

发布时间：2018-03-29 15:31

本文选题：高速驱动平台　切入点：惯性力　出处：《中国科学技术大学》2017年硕士论文

【摘要】：压电致动器因为具有紧凑的结构、较大的刚度以及较快的响应速度而被广泛应用于各种微驱动平台上。随着科学技术的发展,目前对驱动平台的带宽要求越来越高。在设计高速驱动平台的过程中,普遍存在一个问题:驱动平台整体结构的谐振频率经常低于致动器本身的谐振频率。为了消除支撑结构的低频模态对致动器性能的影响,需要补偿致动器在驱动过程中传到基座上的惯性力。对于新颖的非对称驱动结构,由于压电材料存在动态迟滞,采用电压驱动的方式解决上述问题,会导致惯性力补偿效果不理想。本文介绍使用电荷驱动代替传统的电压驱动。论文的主要内容如下:一、测量了压电堆在不同激励频率下的迟滞,结果显示,频率越高,迟滞越大。二、对非对称结构中由迟滞造成的残余惯性力进行了理论分析。通过对压电堆的迟滞曲线进行建模,计算出了非对称致动器在驱动过程中的残余惯性力,得出该力与激励频率的平方成正比的结论,从理论上说明了高频时采用线性驱动方法的必要性。三、对悬臂梁非对称结构进行了对比实验。将由两个相同压电堆组成的非对称致动器安装至悬臂梁的自由端,分别采用电压驱动和电荷驱动的方式激励压电堆,测量悬臂梁自由端的振幅以得到传到悬臂梁上残余惯性力的大小。结果表明采用电荷驱动悬臂梁的振幅明显小于电压驱动,从而证明了电荷驱动相对于电压驱动的优势。四、将电荷驱动应用于二级压电堆中。通过实验证明如果不加惯性力补偿,高速级的带宽会被整个大压电堆的低频模态所限制。在高速级中采用了电压驱动和电荷驱动的对比实验,证明了电荷驱动在抑制高速级惯性力方面相对于电压驱动的优势。又设计了二阶低通滤波器和减法电路实现了高速级和低速级的连接,并测量了二级压电堆在1 kHz到60 kHz之间的频响特性。结果表明,二级压电堆的频响曲线在所测区间内相对比较平缓,低速级大的谐振峰被低通滤波器很好地抑制了。
[Abstract]:In the process of designing a high - speed drive platform , it is necessary to compensate the residual inertia force of the actuator in the driving process .

【学位授予单位】：中国科学技术大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TN384

【参考文献】