摘要：由于具备较高的定位精确度,压电陶瓷驱动器在超精密加工、微纳米测试等领域应用广泛,然而压电陶瓷固有的迟滞性严重影响其定位精确度。研究了驱动范围对压电陶瓷驱动器迟滞性的影响,实验得出迟滞性随驱动范围增大而显著。而在压电陶瓷驱动器的实际应用中,驱动范围是其主要的设置参数之一。为此,提出基于自适应Prandtle-Ishlinskii(PI)模型的拟合方法,根据不同驱动范围下获得的迟滞曲线的斜率变化趋势设置分段区间,采用二次规划算法辨识PI模型的权重参数,基于分段区间对迟滞曲线进行拟合,大大提高了拟合精确度。设计基于自适应PI模型的逆模型作为前馈控制器对压电陶瓷驱动器进行迟滞补偿,并搭建基于Labview的实验平台验证了该算法的可行性。实验结果表明,基于自适应PI逆模型的前馈控制器将压电陶瓷驱动器的定位精确度提高至1.8 nm。

摘要：针对压电陶瓷驱动器中的迟滞非线性特性,提出一种提高压电陶瓷执行器定位精度的复合控制方法。建立了非等间隔阈值的Prandtl-Ishilinskii(PI)迟滞模型,通过自适应差分进化算法进行系统辨识,求取参数并建立逆模型。考虑到压电陶瓷迟滞非线性特性随输入信号频率变化的特点,采用融合PI逆模型前馈控制与滑模控制的复合控制方法用于压电陶瓷的精密驱动。实验结果表明,相比逆模型前馈和PID结合的复合控制方法,采用逆模型前馈和滑模复合控制方法,平均误差下降了0.0300μm,均方根误差下降了0.0346μm,能有效克服压电陶瓷迟滞非线性,提高系统跟踪性能。

摘要：压电陶瓷驱动器是原子力显微镜(AFM)的关键组件。AFM在生物、材料及半导体等领域应用广泛,而利用AFM获得高精确的测试结果依然面临诸多挑战。其中,压电陶瓷驱动器具有迟滞、非线性等特点,在大范围高频工作状态下,对定位精度的影响更显著,这严重限制了AFM的进一步应用。本文围绕大范围压电陶瓷驱动器的迟滞性展开研究,设计一种基于改进型多项式拟合算法的迟滞建模方法,使得拟合模型可随输入信号频率的变化而变化,充分提高压电陶瓷迟滞模型的准确性。实验表明,该方法可为压电陶瓷驱动器建立准确的迟滞模型,建模过程简单,通过设计基于该迟滞逆模型的前馈控制算法,可使驱动范围在100μm的压电陶瓷驱动器的线性度提高至1.5%。

摘要：针对未封装的压电陶瓷驱动器不能承受剪切力、使用时极易损坏,封装的压电陶瓷驱动器价格昂贵等问题,研制了一种弹性套筒作为未封装压电陶瓷驱动器的保护装置。根据弹性力学原理,对圆柱体套筒进行局部切割,形成弹性元件,产生弹性变形。改变弹性套筒的结构参数,可以优化其设计。建立了弹性套筒的驱动力模型。进行了加装弹性套筒的压电陶瓷驱动器位移特性实验,实验结果表明,该装置不影响压电陶瓷驱动器的使用性能,可以保护驱动器,而且加工简单,具有很好的实用价值。

摘要：为了消除闭锁效应,激光陀螺常采用机械抖动偏频方案,利用压电陶瓷驱动器来驱动谐振腔绕垂直于环路平面的轴线快速来回转动。在考虑压电陶瓷驱动器的情况下建立了抖动结构的理论模型,对抖动频率进行了理论分析,给出了抖动频率的解析解。建立了机抖激光陀螺的有限元仿真模型,进行了模态分析,通过与扫频试验结果对比,理论分析计算误差为5.68%,有限元分析计算误差为1.04%,验证了模型的合理性和精确性。分析了压电陶瓷驱动器参数(厚度、宽度)对谐振频率的影响规律,为机抖激光陀螺的研发和设计提供参考依据。

摘要：针对压电陶瓷驱动器中固有的迟滞非线性问题,设计基于滑模状态观测器的反演控制器对其进行输出跟踪控制。首先对压电陶瓷驱动的系统模型进行分析,将迟滞非线性部分视为有界干扰;在此基础上设计滑模状态观测器,对压电陶瓷驱动器的速度状态进行估计,整个系统仅需要测量输出位置信息。对采用滑模状态观测器的系统进行反演控制器设计,最后通过Lyapunov稳定性理论证明了闭环系统是稳定的,系统中的所有信号是一致最终有界的。仿真结果表明了方法的有效性。

摘要：针对成像光谱仪提出了基于压电陶瓷(PZT)驱动器的高频像移补偿技术以提高其成像质量。结合成像系统,分析了像移补偿系统需求,给出了该系统的控制策略和设计方案。针对PZT驱动器大容性负载给出了驱动器的设计方法,能够实现系统所需的高频大信号电压驱动;采用基于AD698集成芯片的信号调理电路和线性差分变压式传感器(LVDT)获得高精度补偿角度信息;针对PZT的迟滞特性采用基于DSP控制器的数字闭环控制实现高精度控制。测试数据说明此系统已达到所需像移补偿速度精度要求,表明了此方案的可行性和实用性。

摘要：针对电压控制型压电陶瓷驱动器存在动态性能差的问题，及电流控制型压电陶瓷驱动器存在在静态下易充电饱和、难以获得稳定输出的问题，该文设计了基于电流与电压控制的复合型压电陶瓷驱动器。该驱动器具有电流电压双闭环反馈，使驱动器可兼具良好的静态和动态特性。在此基础上，分析了复合型驱动器的性能特点和各参数对其性能的影响，通过调整参数可改变驱动器性能，以满足不同需求。实验结果表明，该驱动器驱动行程为10sm的压电陶瓷时，0～100V阶跃信号响应时间小于400μs，满行程带宽可达1.5kHz，给定直流信号下可获得良好的稳定输出。

摘要：介绍了一种电压控制型压电陶瓷驱动器的工作原理,基于OKI(OKI Electric Industry Co.)0.5μm BiCMOS(Bipolar CMOS)工艺,设计了一个用于该驱动器的高电源抑制比、低温漂的带隙电压基准源。采用自基准LDO为基准源提供伪电源电压,进一步提高电路的电源抑制比。引入改进后的分段线性电流补偿技术对基准进行曲率校正,提高了温度补偿的灵活性和精确度。HSPICE仿真结果表明,在-40^+150℃范围内,基准电压的温度系数为2.3×10-6/℃,低频时电路电源抑制比为-174dB。

摘要：针对谐振型压电陶瓷驱动器的非线性 ,采用电压补偿法 ,设计并研究了一种由单片机控制的闭环反馈、修改、生成波形数据 ,开环生成驱动波形的数字化电源系统。实验表明 ,此电源系统能很好地对原始驱动波形进行修正 ,使驱动器相对原始驱动波形信号是一个线性系统。