压电叠层作动器机电性能实验分析

对压电叠层作动器的机电性能进行了实验测试与分析。主要测量了重复精度、稳定性、不同负载的位移输出、迟滞度、刚度特性等参数,为确定作动器在主动杆中的最优预载荷等提供参考数据。实验结果证实了作动器的重复精度为±0.5μm,最大漂移量为0.1μm,机电特性与外加负载有很大关系:一定压应力下的压电作动器输出位移增大,位移输出迟滞度会有一定程度的改善;弹性模量随应力和驱动电压的增大而逐渐增大,但电压升至一定程度时将基本趋于稳定。     

压电作动器在微力微位移装置中的应用

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。该方法为微机械力学性能测试仪打下了基础。     

伺服阀用液压放大式GMA的设计及建模

针对超磁致伸缩致动器输出位移有限,无法直接驱动伺服阀阀芯运动的问题,设计了一种基于柔性活塞的新型液压式微位移放大机构:由超磁致伸缩(GMM)棒驱动大活塞变形,并通过密闭容腔内的油液在小活塞端将GMM棒的输出位移放大。建立了超磁致伸缩致动器及其液压式微位移放大机构的耦合模型,采用弹性小挠度理论,有限元法和液压弹簧刚度理论对放大机构进行了分析和优化,并制作了样机。仿真和实验表明,所设计的液压式微位移放大机构可将GMM棒位移放大3.2倍,所建立的耦合模型较准确,误差在10%以内。     

高精度大功率压电陶瓷驱动关键技术

压电陶瓷驱动电源是压电陶瓷微位移系统中的关键部件。以高压功率放大器PA93为核心,提出了一种新型高精度、大功率压电陶瓷驱动电源,适合驱动大行程、大推力压电陶瓷致动器。重点阐述了电路的设计方案,对复合放大电路进行了特性分析。实验结果表明,该驱动电源具有精度高,输出电压高,电流大,稳定性好的特点。当驱动等效负载电容为24 μF的压电陶瓷时,在0~100 Hz频率范围内实现了0~10 V信号到0~100 V信号的动态放大,输出电压精度优于3×10-5,最大输出电流350 mA。     

两种新型压电作动器在振动控制中的应用研究

对弓型压电片作动器(APA)和Π型压电堆作动器(PISA)两种新型压电作动器在振动控制中的应用进行了研究,并给出了两作动器的输出作动弯矩与驱动电压的关系式.将它们应用于一垂尾模型的第1阶弯曲(一弯)和第1阶扭转(一扭)模态响应控制中,建立了该压电主动振动控制系统的状态空间模型,采用二次最优控制(LQR)策略设计控制器,并进行了控制系统的闭环仿真.结果表明,APA在垂尾模型一弯一扭模态控制中的性能优于PISA.     

压电叠堆电静液作动器Simscape模型与实验研究

将海德福斯螺纹插装换向阀集成到压电叠堆电静液作动器中,形成一体化集成式双向运动的压电叠堆电静液作动器。基于压电叠堆电静液作动器的物理系统,采用Simscape搭建压电叠堆电静液作动器系统模型。对比了在不同蓄能器偏压、不同电压峰值条件作用下,压电叠堆电静液作动器的实验输出流量与仿真输出流量;以及换向阀换向周期为4s时,压电叠堆电静液作动器的实验输出位移与仿真输出位移,验证了搭建的Simscape模型的准确性。在系统模型得到验证的基础上,分析发现阀片的回流现象是造成压电叠堆电静液作动器在高频驱动时输出流量衰减的原因。     

微进给刀架中位移放大机构的优化设计

基于压电陶瓷驱动的刀具微进给机构是满足精密加工的重要途径,为进一步增加微进给刀架驱动位移,在微进给刀架中增加一种柔性铰链微位移放大机构,增加压电陶瓷驱动器输出位移。该文设计了4种微位移放大机构,理论计算了静态刚度,利用ANSYS软件对4种微位移放大机构进行了建模和有限元数值仿真分析,对比了不同类型的微位移放大机构的放大倍数、负载能力和应力情况等静态特性,为优化设计刀具微进给机构打下良好基础。     

圆窗激振人工中耳压电作动器设计与实验研究

针对现有临床上所用的圆窗激振式人工中耳作动器存在的低频增益不足,与圆窗膜尺寸不匹配及初始压力不可控的问题,结合人耳解剖结构,设计了一款带有弯张放大器的新型压电作动器。为了辅助设计该作动器,建立了作动器有限元模型及作动器-人耳耦合力学模型。基于该模型,对作动器弯张放大器、支撑弹簧、耦合杆端面的关键参数进行了优化分析。通过实验对所设计的压电作动器的频响特性、总谐波失真进行测试。结果表明,所设计的压电作动器工作频带宽,低频性能优越;最大谐波失真仅为2.36%,满足助听装置清晰度要求。     

压电固体作动筒的应用基础研究

通过对大位移压电固体作动筒的动力学模型的研究，探讨了压电固体作动筒在振动控制中的动力学驱动模型。通过对压电作动筒和结构之间的驱动传递关系的研究，以及在结构应用中获得达到最大的位移输出和最大的作用力的匹配关系的研究，为驱动器的一体化应用提供基础。最后研究了压电作动筒驱动力及输出位移，同时在不同的频率及负载下，对压电作动筒的驱动性能进行了实验，并进行讨论。结论表明：利用压电作动筒作为智能结构驱动器件，     

双模式压电粘滑驱动器设计与试验

该文提出了一种双模式压电粘滑驱动器，通过一个中间固支的压电单晶片和柔性放大机构实现非谐振模式和谐振模式的结合，使驱动器达到高运动精度和快速响应的目的。通过有限元法获得了合适的柔性放大机构参数，并分析验证了驱动器双模式工作的可行性。建立了驱动器的动力学模型，并搭建了试验测试系统。实验结果表明,该压电单晶片驱动的驱动器可实现双模式工作。非谐振模式下，样机最小步距为0.056 μm，最大输出负载为1.2 N；谐振模式下，样机最大输出速度为12.56 mm/s ，最大输出负载为1.4 N。     

基于GRU神经网络的晶圆测试工艺控制方法

压电驱动器位移输出的非线性特性,如迟滞的记忆特性及速率相关性,使压电驱动器的建模与控制较难.该文提出了一种基于门控循环单元(GRU)的新型位移输出控制方法.建立相应的位移输出实验平台来验证和分析压电驱动器的滞后现象.使用GRU模拟滞后的内存特性及采用两个全连接层来模拟速率依赖性.该模型是一个端到端系统,其中压电陶瓷和位...     

新型摩擦变化式压电惯性驱动器

由于目前压电惯性驱动器普遍采用非对称性信号激励,驱动信号发生与控制系统复杂,该文提出采用对称电信号激励压电元件产生往复相同的惯性冲击力,通过控制机构和支撑面之间的摩擦力,使驱动器定向运动,形成有规律的新型压电惯性驱动器的研究方案.分析了驱动器的工作原理及结构特点,建立了驱动器的动力学模型,设计研制了基于V型导轨的摩擦变化式压电惯性驱动器样机并进行了仿真分析与试验测试,结果表明,提出的新型驱动器具有输出性能稳定,负载特性好,重复定位精度较高等特点.     

基于电流与电压复合控制的压电陶瓷驱动器

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10 μm的压电陶瓷时,0～100 V阶跃信号响应时间小于400 μs,满行程带宽可达1.5 kHz,给定直流信号下可获得良好的稳定输出.     

压电阀中的微位移放大机构

压电陶瓷材料具有优良的力学性能和响应特性,将其作为智能执行器应用于液压阀中,是持续多年的研究热点。但压电驱动器输出仅为微米级,难以直接满足液压阀的使用要求,因此需要设计相应的微位移放大机构。首先,重点介绍了柔性铰链放大机构及其在压电阀中的典型应用,根据原理可分为杠杆、三角、桥式等放大形式;其次,归纳了基于液压放大和晶片放大机构的两类压电阀的代表性结构和性能特点;最后,分析对比了三类放大机构应用于压电阀中的优缺点。结果表明,铰链放大结构简单,再现性好;液压放大占用空间小,频带宽,倍数高;晶片放大频响高,只适用于伺服和先导控制。     

基于三角位移放大机构的压电制动器研究

提出了一种应用于压电制动器的微位移放大机构,该机构以叠层压电陶瓷为驱动元件,通过基于三角形放大原理的柔性铰链放大机构,放大叠层压电陶瓷的输出位移。分析了放大机构的运动及放大机理,建立了制动系统的力学模型,并利用ANSYS软件建立机构有限元模型进行仿真,在试制样机上对其输出特性进行了实验。实验测试结果表明,该机构对叠层压电陶瓷输出位移的放大倍数为3.2倍,与有限元仿真得到的放大倍数4倍相近,一阶固有频率为1 814Hz,最大输出力为44.1N(150V电压下),且该机构线性良好、分辨率高、迟滞效应较小。     

微动平台压电作动器低频模型

针对六自由度平台的低频扰动,设计出一种用于低频隔振的压电作动器.通过作动器动态实验系统实验分析输入电压-输出力关系,结果表明,在低于25 Hz的动态电压驱动下,输入-输出不符合压电效应.因此,建立适用于平台低频控制的作动器低频双折线模型,并通过实验表明,所建低频模型能很好的吻合作动器的实际特性.     

A micropower miniature piezoelectric actuator for implantable middle ear hearing device

This paper describes the design and development of a small actuator using a miniature piezoelectric stack and a flextensional mechanical amplification structure for an implantable middle ear hearing device (IMEHD). A finite-element method was used in the actuator design. Actuator vibration displacement was measured using a laser vibrometer. Preliminary evaluation of the actuator for an IMEHD was conducted using a temporal bone model. Initial results from one temporal bone study indicated that the actuator was small enough to be implanted within the middle ear cavity, and sufficient stapes displacement can be generated for patients with mild to moderate hearing losses, especially at higher frequency range, by the actuator suspended onto the stapes. There was an insignificant mass-loading effect on normal sound transmission (<3 dB) when the actuator was attached to the stapes and switched off. Improved vibration performance is predicted by more firm attachment. The actuator power consumption and its generated equivalent sound pressure level are also discussed. In conclusion, the actuator has advantages of small size, lightweight, and micropower consumption for potential use as IMHEDs.     

双晶片压电驱动器的研究

为实现较大的驱动力和速度,提出一种新型压电驱动器,研究了驱动器输出性能随压电泵工作腔数、频率的变化规律。制作驱动器,分别进行十腔串联压电泵/五腔压电泵并联、3~5个压电振子工作、50~400 Hz频率下的输出试验。结果表明,压电泵并联时驱动器的最佳输出功率较大;工作的振子数目不同,存在不同的最佳频率使驱动器的输出速度最大,相同的频率使输出推力最大;最佳频率时,驱动器的输出与工作的振子数目呈正比。在150V、380Hz时驱动器输出功率最大,此时输出速度和推力是10.72mm/s、57.7N。     

宏微压电驱动器的电源设计与试验

针对超声电机与压电微驱动器对驱动电源的要求,设计出一种既能驱动超声电机又能驱动压电微驱动器的驱动电源,该驱动电源由可调变压器、半桥模块及以高性能数字信号处理(DSP)芯片TMS320F28335为核心的控制器组成。该电源驱动超声电机时,电源输出相位差、频率均较大范围连续可调的二相超声频率交流电;驱动压电驱动器时,电源输出较大范围连续可调的直流电。对行波型旋转超声电机及钹型压电驱动器的系列驱动试验表明该电源能同时满足超声电机和压电驱动器的驱动要求。