摘要：为解决传统助听器高频增益受限及中耳植入物需侵入性手术的问题,文中设计、制作和测试了一种直接驱动耳膜的压电作动器。该作动器是一种新型的听觉假肢,融合了完全耳道式助听器的放置方式与中耳植入物的音质。作动器的前端直接激励耳膜,补偿患者的听力损失。针对压电叠堆存在输出位移不足的问题,引入了复合二级位移放大器,并采用多目标遗传算法对其位移放大比进行了优化。为优化作动器的频率特性,建立了作动器-人耳耦合力学模型,通过有限元分析确定了作动器的最佳结构参数。制作出作动器样机,并进行了测试试验,评估其听力补偿性能。结果表明:该作动器具有工作频带宽(0.1~10 kHz)、谐波失真度小(THD≤0.12%)、无需侵入性手术及高频性能优异的优点。因此,该作动器适用于耳膜激振的听损补偿,为感音神经性听力损伤的临床治疗提供一种新的方案。

摘要：针对现有耳膜激振式人工中耳的作动器存在不能适应患者个体耳道尺寸差异、高频增益不足、受电磁干扰的问题,设计了一种新型悬浮式压电作动器。首先,结合人耳解剖结构,对作动器的机械结构及宏观尺寸进行了初步设计;其次,针对压电叠堆存在输出位移不足的问题,引入了位移放大器,并采用粒子群优化算法对其位移放大倍数进行了优化;随后,构建了压电作动器-人耳耦合力学模型,分析了金属壳体的质量和压电叠堆的层数对作动器听损补偿性能的影响,并确定了最佳的设计参数;最后,基于优化的参数制造出作动器样机,并对其听力补偿性能进行了测试。结果表明,该作动器具有工作频带宽(0.2 kHz~10 kHz)、谐波失真低(THD≤2%)、高频性能优越的优点。该作动器适用于耳膜激振的听损补偿,为听力损失的临床治疗提供了新的解决方案。

摘要：针对现有临床上所用的圆窗激振式人工中耳作动器存在和圆窗膜不匹配、初始压力无法监控的问题,结合人耳解剖结构,设计了一款变刚度支撑式压电作动器。首先建立作动器与人耳耦合模型;然后基于该模型对作动器位移放大器、支撑弹簧、压电叠堆的关键参数进行了优化分析;最终通过试验测试作动器输出性能。试验结果表明,所设计的压电作动器实现了初始压力的监控;且谐振频率高达5 160 Hz,高频特性优越。满足圆窗激振的需求,有利于补偿感音神经性患者的听力损伤。

摘要：针对临床上所用的圆窗激振人工中耳不是针对该激振方式设计,存在术后补偿性能个体差异大、性能不稳定、增益值达不到理论值的问题,设计了一款作动端与圆窗膜尺寸匹配、初始压力可控的圆窗激振压电作动器。首先,结合人耳解剖结构,设计了作动器的机械组成结构及宏观尺寸;其次,对弯张放大器进行受力分析,采用粒子群算法对弯张放大器进行优化设计,以获得最优输出位移放大倍数;再次,构建了压电作动器-人耳耦合力学模型,分析了支撑弹簧横截面积与压电叠堆层数对作动器听损补偿性能的影响,确定了该设计参数;最后,根据确定的设计尺寸制造了压电作动器样机,搭建了激光测振试验台,对压电作动器的动态特性进行了测试。试验结果表明,所设计的圆窗激振式压电作动器作用在圆窗膜上的初始压力可控,且具有工作频带宽(100~10000 Hz)、谐波失真低(THD≤0.29%)的优点。该压电作动器适用于圆窗激振的听力损伤补偿,为混合性听力损伤的临床治疗提供一种新的方案。

摘要：为了降低率相关迟滞特性对压电作动器的影响,研究了基于Hammerstein模型的建模方法和实时跟踪控制策略.以改进的Prandtl-Ishlinskii（MPI）模型表示静态非线性部分,以外因输入自回归模型（Autoregressive Model with Exogenous Input ARX）表示动态线性部分,建立了能够描述压电作动器率相关迟滞特性的Hammerstein模型.基于所建Hammerstein模型,设计了基于前馈自适应逆补偿和PI反馈的复合控制策略.最后,设计并实现了基于前馈逆补偿和PI反馈的复合控制策略来对比和验证所设计的控制策略的有效性.验证实验显示：采用文中设计的控制策略实时跟踪100 Hz以内,幅值为11 μm的单一频率信号和扫频信号以及变幅值的复合频率信号和正弦扫描信号时,均方根误差为0.280 8～0.437 3μm,相对误差为0.016 5～0.024 4,并且具有良好的实时性能.与基于前馈逆补偿和PI反馈的复合控制策略相比,提出的基于前馈自适应逆补偿和PI反馈的复合控制策略具有更高的跟踪精度.

摘要：针对以往采用压电作动器的减压阀必须采用压力传感器的不足,提出一种先导式比例减压阀.该阀采用压电作动器控制先导阀阀口开度,与先导供油器的固定节流孔形成分压作用,实现对先导压力的控制,进而控制主阀实现对主阀出口压力控制.对减压阀进行结构和原理分析,建立数学模型;用Simulink仿真分析结构参数对静动态特性的影响.采用调零弹簧将最低可控压力向下扩展到0;设计三台肩式阀芯结构,通过流场分析验证了该结构有效地减小液动力;根据仿真结果选择恰当的反馈阻尼孔尺寸,保证减压阀的动态特性.所设计的减压阀无须测量压力并闭环即可实现减压功能,具有良好的调压范围、调压精度,能实现快速稳定动态响应.

摘要：压电作动器的迟滞非线性不同程度的影响了作动器的性能,降低了系统的稳定性,甚至使得系统不稳定,尤其在振动主动控制应用中,要求系统具有极强的实时性,否则由于相位滞后控制效果将会受到严重影响。在研究了各种迟滞非线性模型和补偿算法的基础上,采用PI迟滞算子对压电作动器建立一个纯现象的模型来准确描述其迟滞现象,参数的线性不等式约束保证了求解的唯一性和模型的可逆性。在此基础上利用PI逆模型设计补偿器来补偿迟滞非线性。仿真结果证明了控制算法的正确性和有效性,并有效抑制了迟滞的影响,保证了理想的跟踪精度。

摘要：在微力微位移装置中采用闭环控制压电作动器实现微位移进给和微力加载 ,设计了加载机构 ,建立加载机构的压电作动器输入电压、加载装置输出位移和输出力之间的关系。通过电容测位移仪检测输出位移 ,实验得到加载系统刚度 ,根据压电作动器输入电压、加载装置刚度 ,计算出加载力大小。

摘要：为了解决压电作动器驱动的快速反射镜因压电作动器伸长量较小,导致快速反射镜偏转角过小的问题,该文提出了一款新型快速反射镜设计方案。采用三级杠杆式柔性铰链放大机构实现压电作动器位移的放大,采用柔性轴承作为快摆镜的运动关节实现快摆镜的大角度定轴偏转。通过理论推导和有限元仿真对快摆镜的最大偏转角度、等效应力、谐振频率以及振型进行分析。实验结果表明,所设计的快摆镜可以实现大于2 mrad的镜面偏转,满足大范围、高精度的光束定位要求。

摘要：针对空间环境下小型抓取操作机构对新型作动器的使用需求,考虑压电作动器具有耐温范围宽、无电磁干扰及断电自锁等特点,仿照昆虫尺蠖的行走方式设计一种新型压电线性作动器。首先,利用柔性铰链式位移放大机构放大压电陶瓷(Pb-Zr-Ti,简称PZT)叠堆的输出位移,以增大线性作动器的移动步长及对导轨的夹紧变形量,将多个压电陶瓷叠堆器件分为3组,分别作为尺蠖式压电线性作动器的2个夹持单元和1个推进单元的激励源,以获得较大的驱动力并进一步增大作动器的移动步长;其次,借助有限元仿真分析软件,研究压电陶瓷叠堆力电耦合行为的预测方法,并实验验证该方法的可行性;然后,简化柔性铰链式位移放大机构,提出放大倍数的数值分析方法,对位移放大机构在压电陶瓷叠堆作动方向上的刚度进行仿真分析,并验证放大倍数的数值分析方法的准确性;最后,基于设计的线性作动器开展实验研究。结果表明:位移放大机构对压电陶瓷叠堆输出位移的放大倍数为7.3,处于理论值与仿真值之间;在激励电压频率为5 Hz时,作动器的最大空载移动速度为413μm/s;作动器的最大推动力为16 N,对应的驱动速度为19μm/s。以上研究结果能为小型抓取操作机构的智能驱动提供技术支持。