自行式直线压电驱动器的研究及其在运动平台中的应用

发布时间：2017-10-09 08:02

  本文关键词：自行式直线压电驱动器的研究及其在运动平台中的应用

  更多相关文章： 直线压电驱动器 自行式 压电叠堆 非共振 分辨率 平面三自由度运动平台

【摘要】：直线压电驱动器具有响应快、定位精度高、体积小等优点,无需运动转换机构就能直接实现直线驱动,在精密驱动领域受到广泛关注。课题组针对现有平面三自由度运动平台结构复杂、加工工艺要求高等问题,提出了一种基于直线压电驱动器构建的自行式平面三自由度运动平台的设计方案,旨在简化系统的结构并降低对基础平台表面质量的要求。利用压电叠堆构建了自行式平面三自由度运动平台的驱动单元,主要研究内容包括:1.针对现有直线驱动器存在着诸如结构复杂、运动行程和定位精度无法兼顾、成本高等问题,提出了一种自行式直线压电驱动器的设计方案。该驱动器采用压电叠堆激励,工作在非共振状态,通过调节三个驱动单元的激励信号,驱动器可以实现大行程、高精度的双向直线运动。2.介绍了自行式直线压电驱动器的结构设计方法及工作原理。分析了驱动器在一个信号周期内的运动过程,基于静力学模型推导了运动足的位移响应,得到了运动足输出位移和驱动单元输入位移的关系。建立了系统在运动方向上的动力学模型,设计了驱动器步进和滑动两种工作模式。分析了信号激励方式对系统运动性能的影响,发现采用简谐函数联接线性函数的信号激励方式可以改善驱动器的运动性能。3.建立了实验测试系统,对原理样机的步距、速度、负载特性进行了测评。实验结果表明,驱动器的综合运动性能较好,缓解了大行程、高精度、高速度的矛盾。驱动器最大输出推力为25N,运行速度可达1.5mm/s,分辨率可达7nm。4.基于自行式直线压电驱动器构建了一种平面三自由度运动平台。分析了平台的运动方式,给出了实现平台运动的方法。实验结果表明,平台能实现平面三自由度的运动,但存在运动干涉、稳定性不高等问题。设置位移反馈控制、选择合适的接触界面刚度是下一步研究的主要任务。
【关键词】：直线压电驱动器 自行式 压电叠堆 非共振 分辨率 平面三自由度运动平台
【学位授予单位】：南京航空航天大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TH703
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-11
• 注释表11-12
• 第一章 绪论12-19
• 1.1 引言12
• 1.2 直线压电驱动器的研究现状概述12-16
• 1.2.1 直线型超声波电机13-14
• 1.2.2 惯性式压电驱动器14-15
• 1.2.3 尺蠖型压电驱动器15-16
• 1.3 多自由度运动平台的研究现状概述16-17
• 1.4 本文的主要研究内容17-19
• 第二章 自行式直线压电驱动器的设计与工作原理19-29
• 2.1 总体结构19
• 2.2 工作机理19-21
• 2.3 结构设计21-28
• 2.3.1 弹性元件的设计21-27
• 2.3.2 驱动单元的设计27-28
• 2.4 本章小结28-29
• 第三章 自行式直线压电驱动器的特性与实验研究29-43
• 3.1 实验系统29-31
• 3.1.1 测试系统的组成29-30
• 3.1.2 测试方法说明30-31
• 3.2 自行式直线压电驱动器的运动方式31-36
• 3.2.1 驱动器的动力学模型31-34
• 3.2.2 信号激励方式的规划34-35
• 3.2.3 驱动器运动方式的实验测试35-36
• 3.3 自行式直线压电驱动器的输出特性36-42
• 3.3.1 驱动器的步距特性36-39
• 3.3.2 驱动器的速度特性39-40
• 3.3.3 驱动器的负载特性40-42
• 3.4 本章小节42-43
• 第四章 自行式平面三自由度运动平台43-53
• 4.1 平面三自由度运动平台的整体方案43-44
• 4.2 运动平台的结构及其设计44-46
• 4.3 平台的运动分析46-49
• 4.4 实验研究49-51
• 4.4.1 平台的单自由度运动特性49-51
• 4.4.2 平台的多自由度运动特性51
• 4.5 本章小结51-53
• 第五章 接触界面对运动系统的影响研究53-60
• 5.1 接触及摩擦现象53-55
• 5.1.1 表面形貌53-54
• 5.1.2 接触54
• 5.1.3 摩擦现象54-55
• 5.2 压电驱动器的接触问题55-58
• 5.3 实验研究58-59
• 5.4 本章小结59-60
• 第六章 总结与展望60-63
• 6.1 本文的主要工作60-61
• 6.2 后续工作展望61-63
• 参考文献63-68
• 致谢68-69
• 在学期间的研究成果及发表的学术论文69

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前3条

1 刘建芳;杨志刚;赵宏伟;程光明;;新型压电精密步进旋转驱动器[J];吉林大学学报(工学版);2006年05期

2 赵淳生;超声电机在南京航空航天大学的研究与发展[J];振动、测试与诊断;2005年03期

3 刘向阳,郁鼎文,冯平法,孙国梓;纳米级大行程多维运动平台的方案研究[J];制造技术与机床;2005年03期

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本文编号：999033