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堆栈式压电致动器低迟滞驱动方法研究

发布时间:2021-02-09 18:40
  压电致动器广泛应用于精密机械加工、微小振动控制、光学校准及精密位移测量等领域,是一种兼具响应速度快、位移分辨率高、体积小及输出力大等优点的高性能位移致动器。但是,在电压驱动下,压电致动器自身具有的迟滞特性严重影响了定位精度。本文提出一种用于堆栈式压电致动器的分时独立驱动方法,用于实现开环状态下的低迟滞驱动。论文主要完成的工作及成果总结如下:(1)首先基于压电致动器的传统物理驱动模型,分析了迟滞量产生累加的原因,提出了一种应用于堆栈式压电致动器,用于消除迟滞量累加的低迟滞独立驱动方案。(2)分析了低迟滞独立驱动逻辑,在不改变原始驱动信号的原则下,设计了用于实现低迟滞驱动方案的驱动电路,并完成了电路的测试。(3)利用设计的驱动方案和驱动电路实现了低迟滞独立驱动,并对该方法进行了实验验证。实验结果表明,与传统的电压并联驱动方法相比,采用本文提出的低迟滞独立驱动方法,对于自制的七层堆栈式压电陶瓷,在0.1Hz~10Hz的驱动频率范围内,迟滞由12.5%降低到2.7%之内,有效的降低了迟滞。(4)对压电致动器低迟滞驱动方案和驱动电路进行改进,从而降低了实验的复杂程度和实验成本。设计了一款用于驱动... 

【文章来源】:合肥工业大学安徽省 211工程院校 教育部直属院校

【文章页数】:75 页

【学位级别】:硕士

【文章目录】:
致谢
摘要
abstract
第一章 绪论
    1.1 课题研究背景及意义
    1.2 压电特性
        1.2.1 压电效应与逆压电效应
        1.2.2 压电陶瓷的迟滞特性
    1.3 国内外主流迟滞校正方法
        1.3.1 电荷控制
        1.3.2 前馈控制
        1.3.3 反馈控制
    1.4 课题来源及研究内容
        1.4.1 课题来源
        1.4.2 研究内容
第二章 低迟滞独立驱动原理及其实现方法
    2.1 传统堆栈式压电致动器驱动模型
    2.2 堆栈式压电致动器低迟滞驱动原理
    2.3 堆栈式压电致动器低迟滞独立驱动实现形式
        2.3.1 低迟滞独立驱动方法的实现
        2.3.2 硬件驱动电路原理设计
    2.4 本章小结
第三章 压电致动器独立驱动的硬件设计和性能测试
    3.1 信号分离驱动电路硬件方案设计
        3.1.1 逻辑运算控制模块硬件电路设计
        3.1.2 采样保持模块硬件电路设计
        3.1.3 消直流偏置硬件电路设计
        3.1.4 信号分离电路的PCB制板及测试
    3.2 七层堆栈式压电致动器迟滞及非线性校正实验
        3.2.1 实验对象
        3.2.2 实验装置
        3.2.3 实验结果
    3.3 本章小结
第四章 驱动方案及硬件驱动电路改进
    4.1 驱动方案改进原理
        4.1.1 多运放驱动方案不足
        4.1.2 压电致动器电压保持特性
        4.1.3 驱动方案改进原理
    4.2 运算放大器独立复用驱动方案设计
        4.2.1 总驱动方案设计
        4.2.2 驱动信号变换过程
        4.2.3 逻辑控制信号分析
    4.3 双运算放大器独立复用驱动电路设计
        4.3.1 开关的选用
        4.3.2 硬件电路设计
    4.4 低成本容性负载电压放大器设计
        4.4.1 运放驱动容性负载稳定性分析
        4.4.2 容性负载放大器设计
        4.4.3 容性负载放大器电路测试
    4.5 双运放硬件驱动方案可行性测试
        4.5.1 实验对象及实验装置
        4.5.2 实验方案及实验结果
        4.5.3 改进方案存在的不足
    4.6 本章小结
第五章 总结和展望
    5.1 工作总结
    5.2 展望
参考文献
攻读硕士学位期间的学术活动及成果情况


【参考文献】:
期刊论文
[1]压电陶瓷微位移驱动器建模与控制[J]. 刘泊,郭建英,孙永全.  光学精密工程. 2013(06)
[2]一种新广义Preisach迟滞模型及其神经网络辨识[J]. 刘向东,刘宇,李黎.  北京理工大学学报. 2007(02)

硕士论文
[1]原子力显微镜图像迟滞建模及实时校正方法研究[D]. 陈小波.合肥工业大学 2019



本文编号:3026064

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