粘滑式惯性压电精密驱动器设计分析与试验研究

发布时间：2021-05-08 09:57

　　随着现代科学技术的迅猛发展，微纳加工、微纳操作、精密光学、生物医学工程、航空航天等诸多前沿高科技领域发生了日新月异的变化。这些领域不断进步的同时，对其核心支撑技术——超精密驱动技术提出了更高更新的要求，如超高精度、大行程、强承载能力和轻量化等。世界各国科技工作者积极致力于新型精密驱动器件的设计与研制中，以满足前沿领域对高性能能精密驱动器件的需求。目前，如雨后春笋般出现的各类新型精密驱动器，极大地推动了精密驱动技术的发展，其中基于粘滑惯性驱动原理的压电驱动器由于结构紧凑、行程大、运动精度高、性能稳定可靠等优点受到了国内外学者广泛关注，表现出良好的应用前景。本文系统地分析了精密驱动领域国内外的发展现状，归纳总结了各类精密驱动器的优势、不足以及适用场合。在此基础上，着眼于惯性式压电驱动器的现存不足，如压电驱动中迟滞、蠕变等非线性因素导致的运动不平稳、低定位精度，开环式步进驱动存在的系统误差等，开展了较为系统地分析，设计一种新型粘滑式惯性压电精密驱动器。该粘滑式惯性压电精密驱动器基于压电驱动与柔性铰链传动技术，并在步进式工作模式基础上有效结合PID闭环控制理论进行扫描式精密微调微动，不仅大幅提... 

【文章来源】：吉林大学吉林省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：95 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
    1.1 研究背景及意义
    1.2 精密驱动器的研究现状
        1.2.1 精密驱动器的分类
        1.2.2 压电驱动器的国内外发展现状
    1.3 主要研究内容
第2章 惯性式压电驱动技术基础理论
    2.1 压电驱动原理
        2.1.1 压电效应
        2.1.2 压电材料
        2.1.3 叠堆型压电陶瓷
    2.2 柔性铰链
        2.2.1 柔性铰链技术的发展
        2.2.2 柔性铰链的分类
        2.2.3 柔性铰链的选材
        2.2.4 柔性铰链力学模型
    2.3 本章小结
第3章 粘滑式惯性压电驱动器仿真分析
    3.1 粘滑式惯性压电驱动器机械结构设计
    3.2 粘滑式惯性压电驱动器工作原理
    3.3 叠堆型压电陶瓷动力学仿真分析
        3.3.1 叠堆型压电陶瓷数学模型
        3.3.2 叠堆型压电陶瓷 Simulink 仿真框图
        3.3.3 叠堆型压电陶瓷 Simulink 仿真结果
    3.4 柔性铰链机构仿真计算分析
        3.4.1 正圆型柔性铰链理论计算
        3.4.2 柔性铰链机构数学模型
        3.4.3 柔性铰链机构 ABAQUS 仿真分析
    3.5 粘滑式惯性压电驱动器整机动力学模型
    3.6 本章小结
第4章 驱动器 PID 闭环控制系统设计
    4.1 闭环控制系统原理
    4.2 PID 自动控制模块设计
    4.3 闭环控制系统硬件组成
    4.4 闭环控制系统程序设计
        4.4.1 LabVIEW 简介
        4.4.2 驱动器控制系统软件设计
    4.5 驱动器 PID 闭环控制系统实验
    4.6 本章小结
第5章 驱动器性能测试与试验分析
    5.1 驱动器试验样机
    5.2 驱动器试验系统
    5.3 驱动器输出特性试验分析
        5.3.1 驱动信号电压对运动步长的影响
        5.3.2 驱动信号频率对运动步长、运动速度的影响
        5.3.3 负载对运动步长的影响
        5.3.4 步进式运动稳定性
        5.3.5 往复步进运动精度
    5.4 本章小结
第6章 总结与展望
参考文献
作者成果简介
致谢


【参考文献】：
期刊论文
[1]尺蠖式压电陶瓷驱动电源设计[J]. 郑楠,王学亮,李佩玥.  国外电子测量技术. 2014(08)
[2]基于虚功原理的3-RRPR柔性精密定位工作台动力学分析[J]. 贾晓辉,田延岭,张大卫.  机械工程学报. 2011(01)
[3]应用惯性冲击原理的非对称夹持式压电旋转驱动器的设计[J]. 李晓韬,程光明,杨志刚,马希里,曾平.  光学精密工程. 2010(01)
[4]小型高精度重力计的微装配技术[J]. 叶坤,滕霖,杨卫民,马天明.  航空精密制造技术. 2009(03)
[5]一种锯齿波驱动的压电电机[J]. 陈翔宇,张松,李枢,汤丽萍,崔艳梅,高志.  压电与声光. 2008(02)
[6]基于压电陶瓷平面内应变的多自由度超声波电机驱动电路研究[J]. 张明辉,李满天,孙立宁.  中国电机工程学报. 2007(33)
[7]形状记忆合金材料相变伪弹性有限元分析[J]. 王社良,赵祥,朱军强,边兆伟.  工程力学. 2007(10)
[8]Effect of an Artificial Caudal Fin on the Performance of a Biomimetic Fish Robot Propelled by Piezoelectric Actuators[J]. Seok Heo,Tedy Wiguna,Hoon Cheol Park,Nam Seo Goo.  Journal of Bionics Engineering. 2007(03)
[9]高精度压电步进直线驱动器[J]. 赵宏伟,吴博达,程光明,刘国嵩,刘建芳,杨志刚.  吉林大学学报(工学版). 2006(03)
[10]精密超精密加工技术在微机械制造中的应用[J]. 杨辉.  航空精密制造技术. 2006(01)

博士论文
[1]压电步进精密驱动器理论及实验研究[D]. 刘建芳.吉林大学 2005



本文编号：3175133