摘要：针对压电伺服系统中执行机构的应用特点,分析指出压电超声马达不适宜用作高精度伺服系统中的执行机构,而是应该采用压电堆驱动的执行机构。对于压电堆驱动器的迟滞特性,提出采用便于进行仿真研究的Bouc-Wen迟滞模型,用Bouc-Wen模型分析了压电堆驱动器的非线性迟滞特性和它的补偿问题。提出了采用基于负反馈原理的扰动观测器来补偿迟滞,进一步分析了具有迟滞特性的压电伺服系统的自振荡问题,并与齿隙滞环引起的自振荡进行了比较,指出带压电滞环反馈的系统中是不会出现自振荡的。基于上述分析,提出了一种压电伺服系统的设计指导,并给出了仿真结果。

摘要：由于开闭环迭代学习控制方法能在加快收敛速度的情况下降低跟踪误差,本文利用该控制方法来提高压电驱动器(PZT)的高频轨迹跟踪精度。首先,提出了离散时间下的开环P型结合闭环PI型的迭代学习律,并且给出了基于该学习律的收敛性条件。然后,设计了用于PZT系统的离散开闭环迭代学习控制器。最后,针对50Hz单频和25Hz+50Hz复频三角波轨迹进行了跟踪控制实验。实验结果表明:所提出的迭代学习控制器对上述2种轨迹的最大跟踪误差分别为10.6nm和12.5nm,相对于PID控制器,分别降低了96.25%和95.62%。结果显示:提出的控制方法易于实现,无需准确的PZT迟滞和系统模型就可以获得很高的跟踪精度,能有效地满足高频和复频轨迹跟踪的精度要求。

摘要：可控预紧力主轴能够满足高速主轴在整个切削转速范围内热、动特性兼优的要求,已逐步成为智能主轴的重要发展方向。为弥补压电驱动器(piezoelectric actuator,PEA)可控预紧力主轴设计及选型方面的不足,提出一种具有分辨率高、响应快、对切削刚度影响小及结构紧凑等优点的PEA可控预紧力主轴结构。建立了静止状态和运行状态下的角接触球轴承刚度模型,并以此为基础建立了PEA可控预紧力主轴的等效力学模型,得到了预紧机构负载刚度随预紧位移的变化规律。然后,分析了PEA的输出特性,建立了预紧机构的实际输入输出模型,并通过该模型分析了初始预紧力和PEA刚度对预紧力控制区间的影响规律,进而提出了预紧机构设计选型原则。最后,应用提出的主轴结构和预紧机构设计选型原则设计了PEA可控预紧力主轴试验台。试验结果表明预紧力控制分辨率为1.5 N,阶跃响应时间为300 ms,验证了所建预紧机构实际输入输出模型的准确性;温度控制试验结果表明该主轴试验台具有良好的温度调控能力。研究结果可为实际工程中PEA可控预紧力主轴的设计提供指导。

摘要：分析了两种光栅拼接调整机构(三角形和L形),利用有限元分析软件对这两种光栅调整机构进行了模态分析和优化分析设计。相同光栅尺寸下(以口径为450mm×420mm×60mm光栅为例),驱动器三角形分布的固有频率与L形分布的固有频率相差无几,一阶频率分别为58.816Hz和58.864Hz。对两种驱动器布置方式引入的误差进行了分析比较,计算结果表明:三角形调整机构的最大误差比L形的大,同时三角形分布控制算法较L形的复杂。在主动控制中三角形模型误差迭代次数多,不利于控制。因此L形的压电驱动器布置方式优于三角形。

摘要：基于被动箝位和三角放大的工作原理,设计了一款单向直线压电驱动器。可以在断电状态下自锁,箝位体三角放大结构提高了箝位体压电叠堆的输出位移。实验验证了驱动器运行原理的可行性,并测试了驱动器空载特性和负载特性,以及通电和断电时箝位力的大小,分析了驱动力较小的影响因素。驱动电压为150V,驱动频率为50 Hz时,驱动器运行平稳,最大驱动力为2.1N,空载运行速度为0.38mm/s;驱动频率为70Hz时,运行速度最大,为0.43mm/s。

摘要：为满足智能弹药舵机系统的微型化、智能化,本文通过叠加压电双晶片的方法设计了一种压电驱动器,提高了其驱动能力;针对经典Bouc-Wen模型具有对称性的缺点,增加形状控制函数中的参数,提出具有非对称性的改进Bouc-Wen模型。采用粒子群算法辨识改进模型的参数,并通过仿真证明改进模型的非对称性。为补偿迟滞对系统精度的影响,设计一种基于改进Bouc-Wen逆模型的前馈-PI复合控制器。对压电双晶片的控制回路进行位移跟踪仿真试验,仿真结果表明:前馈-PI复合控制器将系统非线性度由10.6%降低至5.0%,可以有效地抑制迟滞非线性,提高系统的控制精度以及抵抗外界随机干扰的能力,满足微型智能弹药对舵机系统微型化、智能化的要求。

摘要：高超声速气动加热会严重影响飞行器结构的颤振特性,本文开展了采用分布式压电驱动器的热颤振主动抑制方法研究。以某飞行器小展弦比翼面为研究对象,进行了常温和热载荷边界条件下的结构振动和颤振分析。在此基础上,对频域非定常气动力进行有理函数拟合,建立包含压电驱动器的翼面耦合结构系统状态空间形式的运动方程;对典型热载荷边界条件下的被控对象设计颤振主动抑制控制律,分别设计出LQG及PID控制器;对比分析了系统开、闭环颤振特性。结果表明,通过主动控制律的实施,达到了热颤振主动抑制的目的,验证了这种颤振主动抑制方法的有效性。

摘要：基于有限元分析设计了一种利用应变片进行位移反馈的微型精密压电驱动器。该驱动器采用位移放大机构对微小应变进行放大,通过测量应变电桥的输出间接地测量出驱动器的微小位移。标定实验显示该传感器的精度为80nm。虽然该应变反馈式压电驱动器是一种含有迟滞特性的复杂受控对象,但是在准静态条件下PID算法可以对其进行有效的闭环控制。分别进行了准静态的定位实验和跟踪实验,结果表明,PID控制算法对本驱动器的控制效果比较理想。在定位试验中,定位效果与开环相比有明显提高,定位误差不超过0.059μm;单频正弦信号跟踪误差不超过0.085μm;多频正弦信号跟踪误差不超过0.092μm。实验证明了该方法在准静态条件下的有效性。

摘要：为实现引信安全系统状态的恢复功能,满足引信全域安全控制的需求,提出了一种双工形压电驱动器应用于机电安全系统中。首先,参考双足式压电驱动器并根据设计要求对双工形压电驱动器进行了结构设计,并分析了其工作机理。然后,对设计的双工形压电驱动器进行了结构优化,基于优化结果给出驱动足的运动轨迹方程,保证了驱动足形成类椭圆运动轨迹。接着,搭建了实验平台对双工形压电驱动器样机进行驱动特性测试分析,确定了最佳工作频率,并得到了双工形压电驱动器往返运动速度和激励电压峰峰值的关系曲线。最后,针对引信高冲击工作环境,提出双工形压电驱动器抗高过载措施,并对压电驱动器进行抗高冲击过载实验。结果表明:压电驱动器的运动速度与激励电压峰峰值呈正相关,且在频率为130 Hz的激励电压作用下,压电驱动器的运动速度最佳;双工形压电驱动器在20 kg冲击载荷作用下仍能正常工作,验证了抗高过载措施的有效性。进一步验证了双工形压电驱动器实现引信安全状态可恢复功能的可行性。

摘要：设计制作了一种采用双晶片压电陶瓷结构的棒板结合式压电驱动器。和参考文献中的驱动器不同,其两个压电陶瓷片分别粘接在青铜定子的上下两侧。定子上的金属圆柱体被用来放大振动的横向位移,并对金属棒状的转子进行激振,使其旋转。利用有限元分析(FEA)对定子进行了分析,发现在同样的驱动模式下,与传统的单片陶瓷片驱动器相比,该驱动器可以提供更多的横向和纵向的振动位移,大约提高25%左右。这种新结构也可避免不同振动模式之间的模态耦合现象,并产生理想的振动模态,以提高驱动器的运行稳定性。实验表明,驱动器在25Vo-p低电压下可以提供512r/min的转速,而单片陶瓷驱动器在该电压下不能工作。这种压电驱动器可以经过优化和调整来满足不同的实际应用,如精确定位仪器,生物工程和光聚焦系统等。