摘要：压电驱动器被广泛应用于扫描隧道显微镜(scanning tunneling microscope,简称STM)的扫描器,但压电材料本身的迟滞非线性特性影响了STM的扫描精度。为了补偿由于迟滞非线性带来的扫描器控制误差,提高STM的扫描精度,基于迟滞非线性模型,设计了前馈控制器,并与PID反馈控制相结合。利用所设计的控制器进行了扫描实验,并与位移反馈控制扫描进行对比。实验结果表明,采用位移反馈控制时光栅周期相对测量误差和光栅线宽相对测量误差分别为4.41%和2.65%,采用迟滞逆模型与PID反馈的复合控制后,光栅周期相对测量误差和光栅线宽相对测量误差分别减小到1.26%和0.27%,迟滞引起的非线性误差得到了补偿,减小了扫描器控制误差,提高了扫描精度。

摘要：以压电陶瓷作为压电元件的位移驱动器具有低能耗、线性度好、位移分辨率高、响应快、定位精准、输出力大、位移重复性好等优势,文中详细介绍了近年来非谐振式直线位移压电驱动器的种类,分析了各类型典型运动原理,总结了各类型压电驱动器性能的优缺点,分析了其应用场景,指出了非谐振式直线位移压电驱动器的发展前景。

摘要：合成射流器的设计与仿真是优化其性能参数的关键。针对目前合成射流器的计算模型在建立物理模型时存在简化误差而导致仿真精度降低的问题,提出了一种基于多域耦合分析的全流场计算模型。该模型采用通用有限元分析软件ANSYS中的压电耦合单元实现电场-结构场的直接耦合分析,并通过ANSYS与流体仿真软件CFX间的耦合接口完成流场-结构场的同步双向耦合,最终实现了压电式合成射流器真实物理过程的数值模拟。基于此模型对合成射流器的工作过程进行了模拟,并研究了驱动电压和腔体结构参数对喷口速度的影响。结果表明:多域耦合模型能准确模拟合成射流的形成过程,数值模拟与实验结果的变化趋势一致,且相对误差不超过8%,为合成射流器的优化设计及控制提供了理论依据。

摘要：压电谐波电机是一种基于谐波传动原理的新型低速电机,它由压电波发生器、柔轮、刚轮等组成。压电波发生器由八组以上压电驱动器及弹性铰链位移放大机构组合而成。该文在研究了杠杆、三角、压曲三种位移放大原理后,根据这三种放大原理设计出压电谐波电机的弹性铰链一体化位移放大机构。分析了影响放大机构性能的因素。介绍了放大机构的制造方法。

摘要：原子力显微镜(AFM)在成像过程中要求纳米级的定位精度,利用压电陶瓷扫描器能满足要求。该文针对压电陶瓷的非线性及外部环境干扰带来的不利影响,设计一种基于迭代学习算法的AFM扫描成像控制器。通过将水平平面内的扫描运动转换为路径跟踪控制问题,在跟踪过程中对前一迭代周期的误差信息进行非因果学习,保证输出沿迭代轴的快速收敛性,以获得理想的跟踪性能。路径跟踪仿真和实际系统成像实验表明该算法可以有效改善系统非线性和外部环境干扰带来的不利影响,显著提高原子力显微镜的成像质量。

摘要：为了提高管道机器人的装载能力、运行速度并使机器人具有感知其自身位移的能力,研制了一种基于钹形压电驱动器和光学导航技术的微型管道机器人.设计了基于Φ8 mm钹形压电驱动器的管道机器人装载机构,建立了该装载机构的动力学模型,并分别用有限元法分析和实验验证了该动力学模型.采用基于快速图像获取和图像处理技术的光学导航芯片,设计了机器人自身位移检测单元.实验结果表明,该机器人装载机构负载可达自身重量的4倍,最大速度达41.7 mm/s,自身位移检测单元能检测机器人在管道内的直线和旋转运动位移,检测精度为0.3%.

摘要：以压电驱动器为代表的智能材料驱动器,以其能实现微纳米级精密驱动的优势逐步在精密装备中得以应用,但其内部的回滞非线性在微纳米级驱动性能要求下成为限制精度提升的瓶颈.文中以压电驱动器为研究对象,在不同输入信号频率的条件下研究其带载输出特性,结合压电驱动器的机电特性,提出了一种压电驱动系统带载环境下的建模方法.该方法基于率相关Prandtl-Ishlinskii(RDPI)回滞模型,同时考虑工作频率增加时载荷对系统输出所造成的影响,以克服常规RDPI回滞模型无法表征带载条件下输出特性的局限.结合压电驱动系统带载2. 94 N工作条件,完成1～80 Hz驱动频率范围的实验验证.结果表明,文中提出的建模方法能有效地反映压电驱动器在带载环境下的输入-输出特性.

摘要：由压电驱动器驱动的快速反射镜(FSM)广泛应用于各种精密稳定跟踪系统,FSM的控制精度决定了系统的跟踪精度。但压电驱动器具有严重的迟滞非线性干扰,针对这一缺点,应用自适应径向基RBF神经网络对迟滞干扰进行非线性逼近,并在此基础上结合滑模控制和反演法,设计了自适应反演滑模(ABSM)控制器。仿真实验表明,相对于滑模控制器,ABSM控制器的最大跟踪误差和均方根误差为分别降低了57.26%和52.53%,提高了FSM的控制精度。

摘要：设计了基于压电型微驱动器的宏微双驱动精密定位系统,宏动台由伺服电动机直接驱动,微动台由压电陶瓷驱动器和弹性铰链构成,并由压电陶瓷驱动器驱动。微动台安装在宏动台上,微动台和宏动台是串联关系。宏动台用于实现大行程微米级定位,而纳米级定位由微动台实现。利用基于运动控制卡的开放伺服功能来协调宏微工作台之间的控制,而位置反馈由两个高精度光栅完成,精度检测由激光干涉仪完成。当宏动台运动结束后,微动台根据测得的定位误差做出补偿进给。实验表明,在行程100 mm的范围内每隔1 mm采集一点,误差控制在±100 nm以内。

摘要：基于控制移动机构和支撑面之间摩擦力的方法,提出了新型惯性冲击式压电陶瓷驱动机构的研究方案。分析了驱动机构的工作原理,驱动电压与驱动力、位移之间的关系,设计、制做了可实现直线往复运动的压电微型驱动器结构,并作了相关的性能测试。实验结果表明,采用简单的对称信号波形能驱动机构运动。直线驱动器最高速度可达1 mm/s,最大步长分辨率为20 nm,最大承载能力为1 000 g。