光电—静电复合柔性梁驱动特性及其主动控制策略研究

发布时间：2020-11-02 04:56

　　 为解决在压电驱动、电磁驱动、电热驱动和静电驱动等微驱动领域中,电磁干扰频发影响驱动效率的问题。基于PLZT陶瓷在紫外光照射下的反常光生伏特效应,提出了光电-静电复合驱动的新型驱动方式,不仅具有PLZT陶瓷光致形变驱动的可遥控、驱动清洁、无电磁干扰等优点,同时相比于光致形变驱动,具有更快的响应速度,为PLZT陶瓷在微驱动领域的应用研究奠定了理论基础。对PLZT陶瓷光生电压的多物理场耦合数学模型及影响因素进行了研究。考虑到在低光强、短时间的光照情况下,热释电和压电效应带来的电场影响可以忽略,建立了PLZT陶瓷光生电压简化形式。在此基础上开展了 PLZT陶瓷光生电压的影响因素研究,得到了光强、光照面积和电极材料对光生电压的影响规律,并进行了实验验证;并指出外界偏置电场对PLZT陶瓷光生电压没有影响。对基于PLZT陶瓷光生电压的复合驱动特性进行了研究。分别提出了光电压电和光电-静电柔性悬臂梁,并对其驱动机理进行了阐述;建立了光电压电和光电-静电复合驱动柔性悬臂梁的数学模型;对影响复合驱动特性的影响因素如PVDF的尺寸、静电区域的大小和光强,进行了理论分析、数值仿真和实验验证,验证了光生电压的复合驱动柔性梁数学模型的正确性。开展了光电-静电MEMS柔性梁的力学特性分析。从Bernoulli-Euler梁理论出发,构建了光电-静电MEMS悬臂梁和固支梁的数学模型;从光强、柔性梁尺寸和光电-静电场尺寸方面,对输出挠度的影响进行了数值分析与仿真,得到了影响规律;建立光电-静电场位置分布的数学模型,给出了光电-静电场的最优布局建议。开展了光电-静电复合驱动柔性悬臂梁的闭环主动控制研究。基于简单的ON-OFF策略,建立了光电-静电复合驱动柔性悬臂梁闭环控制的数学模型,并进行了闭环主动控制仿真和实验研究,验证了控制策略的有效性。
【学位单位】：南京理工大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TN384
【部分图文】：

．．９８７年日本学者Ｕｃｈｉｎ〇［３５＾人利用ＰＬＺＴ双晶片的光致弯曲特点，设计了一种光??如图１．３所示。利用ＰＬＺＴ双晶片弯曲触碰活动件，继而导通继电器。１９８９年，??〇［３６］等人又设计了一种微行走机构如图１．４所示，该行走机构行走原理类似于人类??其两条“腿”是ＰＬＺＴ双晶片组成，当用高能光束交替照射机构的两条腿，腿会??曲，进而行走器会以１６．７?ｐｍ／ｓ的速度行走。??

．．９８７年日本学者Ｕｃｈｉｎ〇［３５＾人利用ＰＬＺＴ双晶片的光致弯曲特点，设计了一种光??如图１．３所示。利用ＰＬＺＴ双晶片弯曲触碰活动件，继而导通继电器。１９８９年，??〇［３６］等人又设计了一种微行走机构如图１．４所示，该行走机构行走原理类似于人类??其两条“腿”是ＰＬＺＴ双晶片组成，当用高能光束交替照射机构的两条腿，腿会??曲，进而行走器会以１６．７?ｐｍ／ｓ的速度行走。??

?／Ａｓ．??Ｉｔ?羞??图１．１?ＰＬＺＴ双晶片结构示意图?图１．２?ＰＬＺＴ受紫外光弯曲变形示意图??１９８７年日本学者Ｕｃｈｉｎ〇［３５＾人利用ＰＬＺＴ双晶片的光致弯曲特点，设计了一种光??继电器如图１．３所示。利用ＰＬＺＴ双晶片弯曲触碰活动件，继而导通继电器。１９８９年，??Ｕｃｈｉｎ〇［３６］等人又设计了一种微行走机构如图１．４所示，该行走机构行走原理类似于人类??行走，其两条“腿”是ＰＬＺＴ双晶片组成，当用高能光束交替照射机构的两条腿，腿会??发生弯曲，进而行走器会以１６．７?ｐｍ／ｓ的速度行走。??｜?１２—?Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇ?ｄｌｒｅｃｔｌｏｒ??＾?Ｊ?－?－??图１．３光继电器开关?图１．４微行走机构??１９９３年Ｆｕｋｕｄａ等人通过对ＰＬＺＴ双晶片的静态实验，提出了?ＰＬＺＴ多物理场耦合??的理论，并提出了一种基于ＰＬＺＴ双晶片光控伺服系统［３７］，如图１．５所示。其主要原理??是利用不同方向的ＵＶ光决定了双晶片的弯曲方向。同年他设计了一种光控微夹钳［３８］
【参考文献】

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本文编号：2866597