精密隔振平台微振动的H∞控制

设计了一个精密隔振平台6自由度微振动控制系统.该系统以4个空气弹簧作为被动隔振元件,8个超磁致伸缩致动器作为主动隔振元件.4个垂直方向致动器与空气弹簧平行安装,以充分发挥超磁致伸缩致动器的性能.采用H∞控制算法来设计振动主动控制系统.应用Matlab软件进行了仿真分析以验证系统的振动控制效果.仿真结果表明所设计的振动主动控制系统能在较宽的频率范围对地基干扰具有很好的控制效果.     

用于超精密隔振的稀土超磁致伸缩致动器设计

介绍了超精密隔振平台的结构和振动控制原理 ,设计了稀土超磁致伸缩致动器作为驱动装置 ,并阐明致动器的结构和工作原理 ;分析了致动器工作磁场的组成及线圈轴向磁场的分布情况 ;研究了致动器振动控制的频率特性。实验表明所设计的稀土超磁致伸缩致动器具有良好的振动控制效果。     

基于电流控制的压电陶瓷驱动电源及其试验研究

压电陶瓷致动器在电场驱动下会产生迟滞和蠕变现象,降低了定位精度。根据压电陶瓷致动器的位移与电荷量之间具有线性关系,研制了基于电流控制的压电陶瓷驱动电源。通过控制压电陶瓷的充电电流来控制其运动速度,从而控制其位移量。设计特殊电路和有针对性的控制算法,实现对压电陶瓷的快速驱动与高精度定位的结合。试验结果表明,利用该电源可实现对压电陶瓷的线性驱动和快速精密定位。     

一种亚微米压电柔性微动系统设计及性能分析

为获得精密直线运动输出,设计一种压电柔性微驱动系统,系统由压电致动器及柔性微动机构组成,在压电致动器驱动下系统具有亚微米级定位精度。基于柔性铰链导向、传动原理,设计了一种精密柔性微动机构,在此基础上提出了压电柔性微驱动系统设计方案。采用有限元法对系统进行了运动学分析、强度分析、动态分析,分析结果显示,系统具有定位精度高(最大定位误差为0. 24μm)、强度性能好、动态性能优良等优势。研究对微驱动系统研究及应用具有一定的参考价值。     

精密隔振平台振动的模糊控制

采用混合隔振技术建立了以空气弹簧作为被动隔振元件、超磁致伸缩致动器作为主动隔振元件的精密隔振平台隔振系统，并采用模糊控制理论设计其主动控制器。应用MATLAB软件进行了仿真分析以验证系统的振动控制效果。仿真分析结果表明，该振动控制系统在较宽的频率范围内具有良好的减振效果，该系统可应用于超精密测量．制造设备的隔振领域。     

精密隔振平台振动的LQG控制

建立了以空气弹簧作为被动隔振元件、超磁致伸缩致动器作为主动隔振元件的精密隔振平台隔振系统，应用LOG控制算法设计其主动控制器。采用MATLAB软件进行了仿真分析以验证系统的振动控制效果。仿真结果表明所设计的振动主动控制系统可在非常宽的频率范围对基础干扰和由仪器设备产生的直接干扰所引起的精密隔振平台振动进行有效的控制。     

微制造平台微振动的H2/H∞混合控制

基于啄木鸟头部生物构造及其仿生隔振机理 ,采用混合隔振技术建立了微制造平台隔振系统。该系统以空气弹簧和橡胶层作为被动隔振元件、超磁致伸缩致动器作为主动隔振元件。针对 H2 最优控制和 H∞ 鲁棒控制的优缺点 ,主动控制器采用H2 / H∞ 混合控制进行设计 ,并通过 L MI凸优化方法求解 H2 / H∞ 混合控制器。仿真结果表明所设计的 H2 / H∞ 混合控制器具有良好的鲁棒稳定性和时域性能 ,可在非常宽的频率范围对基础干扰和由微制造设备产生的直接干扰所引起的微制造平台振动进行有效的控制 ,其振动控制效果明显优于 H∞ 控制     

基于压电堆与橡胶的主被动一体化隔振器研究

针对临近空间飞行器敏感设备的隔振要求,结合主动振动控制与被动控制方法,提出一种新型压电堆橡胶主被动一体化组合隔振器.对压电堆作动器和橡胶隔振器进行结构设计,建立主被动一体化隔振系统的动力学模型.采用前馈反馈复合控制对二级隔振系统进行主动控制算法设计,基于经典Stewart隔振平台,设计一种新型临近空间飞行器主被动一体化隔振平台.采用Matlab/Simulink联合仿真技术对各种激励信号进行数值仿真分析.仿真结果显示,所设计的隔振器在全频段能够有效隔离源自基础的位移激励,这表明所设计的隔振平台在理论上是有效和可行的,为进一步的实验研究奠定了基础.     

压电陶瓷驱动器建模与控制技术的研究

由于压电致动器(PA)具有高带宽、高纳米位移分辨率和零机械摩擦等优点,其广泛应用于微/纳米操作、微/纳米定位和光学系统。然而,压电致动器的迟滞非线性却严重影响了其跟踪定位精度,甚至引起闭环系统失稳。为了模拟具有不对称特性的压电致动器的滞后特性和频率相关性,使用广义Bouc-Wen模型来描述压电致动器的滞后性并对该模型进行了参数辨识。然后,使用基于该模型的线性化反馈滑模控制器来改善压电致动器的迟滞非线性,最后采用MATLAB对压电致动器的位移与速度进行跟踪控制仿真,并对其位移误差进行仿真,以验证该模型的有效性,其显著提高了压电致动器的位移控制精度,有效提高了系统的鲁棒性,进而可显著提高双光子聚合加工系统的定位精度。     

压电式振动钻削工作台及其性能测试

在压电致动器的特点、性能简要分析的基础上,提出把压电致动器用做振动钻削振源的可行性,并进一步阐述了压电式振动钻削工作台的激振方式、结构形式,以及驱动与控制。对压电振动台的空载输出特性和钻削加工中的振动特性进行了测试和分析。测试结果表明,基于压电致动器的振动钻削工作台具有输出线性度好、波形基本不失真、振动参数畸变小、抗干扰能力强等特点,完全能够满足小孔和微孔振动钻削的需要。     

菱形压电驱动器对称驱动形式的研究

为了提高压电堆栈的位移输出,该文设计了一种菱形压电驱动器。该机构以压电堆栈作为驱动元件,利用菱形位移放大器放大叠层压电陶瓷的输出位移。该文首先对三角放大原理进行了分析,接着对菱形压电驱动器在一端固定一端驱动负载和两端同时对称驱动负载两种不同的约束方式进行了理论分析,然后利用ANSYS软件对菱形压电驱动器的静、动态特性进行了有限元分析。通过分析结果可以得出,该机构的仿真放大倍数为6. 17,接近于机构的理论放大倍数7. 12,而对称驱动下的工作频率可远远高于一端驱动下的工作频率,并对该结果进行了进一步的分析与讨论。     

周期性机械振动主动控制算法

为提高周期性机械装置的隔振性能,减少其对底座(或地面)及周围环境的影响,采用由弹性橡胶和压电堆作动器组成的主动悬置(active control mount, ACM).针对压电堆作动器输出位移较小的情况,设计液压位移放大机构.通过对压电作动器和橡胶主簧性能的分析,建立由主动悬置构成的隔振系统的力学模型.周期性机械振动系统,其周期振动信号可用作控制同步信号,因此控制系统采用基于同步滤波-X LMS(least mean square)算法的自适应控制策略,传递到机座的残余力作为误差信号,实现对周期性机械振动系统的主动控制.计算机仿真实验结果表明,采用这种主动悬置和同步滤波-X LMS算法的主动控制系统,相对于采用普通橡胶悬置的被动系统,明显减少了对底座的力传递,减振效果明显.     

压电旋转驱动器制作及性能测试

提出了通过控制正压力来改变摩擦力的方案,进而研制了一种以压电叠堆为动力转换元件的新型压电旋转驱动器。采用两个驱动用压电叠堆对称布置的方式设计了该旋转驱动器结构,探讨了旋转驱动器运动机理,制作了压电旋转驱动器试验样机并对其进行了试验测试。试验结果表明,该驱动器输出步长线性度较好,当驱动电压为10 V、频率为2 Hz时,驱动器旋转步长为20 μrad。分析了驱动器输出稳定性,针对存在的问题提出通过施加控制系统来有效提高不同起始位置驱动器的运动稳定性。对试验结果进行误差分析,找出了产生误差的原因,为驱动器的进一步优化设计提供了参考。研究证明了该压电旋转驱动器设计方法的可行性,利用该方法可以制作出结构简单,体积小,适合在微驱动领域中应用的驱动器。     

Piezoelectric smart structures for noise reduction in a cabin

The feasibility of piezoelectric smart structures for cabin noise problem is studied numerically and experimentally. A rectangular enclosure, one side of which is a plate while the other sides are assumed to be rigid, is considered as a cabin. A disk-shaped piezoelectric sensor and actuator are mounted on the plate structure and the sensor signal is returned to the actuator with a negative gain. An optimal design of the piezoelectric structure for active noise control of the cabin is performed. The design variables are the locations and sizes of the disk-shaped piezoelectric actuator and sensor and the actuator gain. To model the enclosure structure, a finite element method based on a combination of three dimensional piezoelectric, flat shell and transition elements is used. For the interior acoustic medium, the theoretical solution of a rectangular cavity in the absence of any elastic structures is used and the coupling effect is included in the finite element equation. The design optimigation is performed at resonance and off-resonance frequencies, with the results showing a remarkable noise reduction in the cavity. An experimental verification of the optimally designed configuration confirms the feasibility of piezoelectric smart structures in resolving cabin noise problems.     

新型压电步进型精密直线驱动器

以压电叠堆为驱动元件,设计了新型的步进型精密直线驱动器。驱动器由于设计了独特的双侧对称箝位结构,可以利用精调斜块准确调整箝位面与动子的配合间隙,同时采用整体加工的柔性结构,保证了工作的稳定性和准确性。应用有限元分析方法对步进型精密直线驱动器进行了力学分析,并进行了大量的试验研究。试验测试结果表明:驱动器的分辨率达到40 nm、行程18 mm、驱动速度达到6 mm/min,可牵引150 g的载荷。     

基于膜式液压放大的压电驱动器设计与试验

为解决叠堆式压电陶瓷输出位移微小的问题,结合液压放大的优点,提出了一种基于膜式液压放大的压电驱动器,并对关键部件--橡胶膜片进行有限元静力学、模态等分析。分析结果表明：橡胶膜片具有足够的安全强度和良好的工作频宽。在此基础上,研制其实物样机,搭建其测控平台,并进行了试验研究。开环试验结果表明：在0～100V电压控制下,所研制的压电驱动器输出位移范围为0～0.24mm,放大比约为5;闭环控制试验结果表明：采用分段PID的驱动器控制效果优于采用常规PID的控制效果,稳态误差约为±0.5μm。     

Design of Floating Mass Type Piezoelectric Actuator for Implantable Middle Ear Hearing Devices

To overcome some of the problems inherent in conventional hearing aids such as low gain at high frequencies due to acoustic feedback, discomfort in occlusion of the external ear canal and so on, implantable middle ear hearing devices (IMEHDs) have been developed over the past two decades. For such kinds of IMEHDS, this paper presents the design of a floating mass piezoelectric actuator using a PMN-30%PT stack as a new type of vibrator. The proposed piezoelectric actuator consists of only three components of a piezoelectric stack, a metal case and a clamp. For the purpose of aiding the design of this actuator, a coupling biomechanics model of human middle ear and the piezoelectric actuator was constructed. This model was built based on a complete set of computerized tomography section images of a healthy volunteer's left ear by reverse engineering technology. The validity of this model was confirmed by comparing the motion of the tympanic membrane and stapes footplate obtained by this model with published experimental measurements on human temporal bones. It is shown that the designed actuator can be implanted on the incus long process by a simple surgical operation, and the stapes footplate displacement by its excitation at 10.5 V root-mean-square(RMS) voltage was equivalent to that from acoustic stimulation at 100 dB sound pressure level(SPL), which is adequate stimulation to the nssicular chain. The corresponding power consumption is 0.04 mW per volt of excitation at 1 kHz, which is low enough for the transducer to be used in an implantable middle ear device.     

基于d15变形压电致动器动静耦合激励分析

为研制一种大行程、高精度的压电致动器,以夹心式换能为机理,提出一种基于d_(15)动静耦合激励的新型压电致动器。对比优化设计的Cymbal压电叠堆与普通压电叠堆,分析了3种致动模式:d_(31)模式、d_(33)模式和d_(15)模式。利用有限元仿真方法和相关测量试验分析了机构的位移输出量,得到在有限元仿真软件平台中,Cymbal压电叠堆能有效地将d_(15)径向变形转化为轴向变形,其d_(15)模式形变量是d_(31)模式形变量的6.35倍,是d_(33)模式形变量的1.66倍;压电致动器在d_(15)动静耦合激励下的最大位移输出量(8.78×10~(-4) m)是d_(15)静态直流激励(6.45×10~(-5) m)的13.61倍,是d_(15)谐振交流激励(7.80×10~(-4) m)的1.13倍。测量试验发现,压电致动器产生的最大输出位移随着电压的增大呈近似线性增加,当电压为100V时,压电致动器产生的最大输出位移为8.11×10~(-4) m,证明了d_(15)致动模式下动静耦合激励的可行性。     

Vibration control of a flexible structure using a hybrid mount

This paper presents vibration control of a flexible beam structure using a hybrid mount which consists of elastic rubber and piezoelectric stack actuator. After identifying stiffness and damping properties of the rubber and piezoelectric elements, a mechanical model of the hybrid mount is established. The mount model is then incorporated with the beam structure, and the governing equation of motion is obtained in a state space. A sliding mode controller is designed in order to actively attenuate the vibration of the beam structure subjected to high-frequency and small magnitude excitations. The controller is experimentally realized and measured control responses such as acceleration of the beam structure and force transmission through the hybrid mount are evaluated and presented in both frequency and time domains.     

基于旋转磁铁箝位的压电尺蠖驱动器理论与试验分析

为简化压电尺蠖驱动器信号控制系统并降低摩擦磨损，提出了一种基于旋转磁铁箝位的新型压电尺蠖驱动器。该驱动器利用直流电机带动永磁体转动实现交替箝位，通过激光对射传感器感知永磁体位置产生的激励信号来驱动压电叠堆实现精密直线位移输出。优化了驱动器结构的相关参数，制作了压电尺蠖驱动器样机并对其进行试验测试，结果表明：驱动器性能稳定，最小分辨率为0.119 μm，最高速度和最大载荷分别为481.43 μm/s、950 g。