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。     

纳米级步距压电电动机的精密驱动电源

介绍了一种基于尺蠖运动原理的纳米级步距压电电动机,提出了一种新型的压电陶瓷驱动电源,并给出了详细的电路原理图。对压电陶瓷进行的动态驱动实验表明,在输入三角波、方波、正弦波等动态信号时,该驱动电源可以很好地跟随输入波形的变化,实现了输入电压为0~5 V时,输出电压在0~200 V内连续可调,具有40 mV的高分辨率和较为理想的静特性。纹波电压小于±10 mV,电源在100 kHz范围内具有良好的频响特性。     

大行程纳米级压电电动机的驱动控制系统

介绍了一种基于尺蠖运动原理的大范围纳米级步距压电电动机.根据其运动原理和机械结构特点,设计完成了该压电电动机的控制系统,通过控制电压变化来控制压电晶体的伸缩,从而完成夹紧器的夹紧、放松与驱动器的微位移,巧妙的将压电陶瓷的形变通过机械装置输出,并对该控制系统进行了波形测试.实验表明,该控制系统产生的三角波、方波信号纹波电压小,信号稳定,满足电动机驱动要求.     

大功率压电陶瓷驱动电源的研究与设计

设计了一种新型大功率压电陶瓷驱动电源。该电源由普通的低压运算放大器以及高压三极管搭建而成。采用负反馈以及相位补偿的原理,将输入的小电压的控制信号线性放大到大电压、高功率的驱动信号,用于驱动大容量的压电陶瓷。最后通过实验对驱动电源进行了测试,结果表明该电源输出精度高,响应快,稳定性好。该电源电路简单,成本低,因此具有很高的实用价值。     

基于电荷驱动的多通道压电变形镜电源设计

压电变形镜具有频率响应高,变形量大,稳定性好等优点,已广泛应用于自适应光学领域,但因在电压驱动方式下压电材料迟滞特性较大,使压电变形镜的精确控制难。为降低压电变形镜的迟滞影响,设计了一种基于电荷驱动的多通道压电变形镜驱动电源,介绍了驱动电源的构成及原理,并搭建了一套基于夏克哈特曼波前传感器的自适应光学测试平台来验证驱动电源的性能。实验结果表明,该驱动电源可有效降低压电变形镜的迟滞效应,整体迟滞约1%,镜面变形的分辨率均方根误差(RMS)值约1.1 nm,能够满足在自适应光学领域对多通道压电变形镜精确控制的要求。     

一种高压压电陶瓷驱动电源的设计

为了满足压电陶瓷在振动平台微位移测试系统中输出更大范围的微位移及保持更高精度的条件,设计了一种高压大电流、带有直流偏置可连续调频调幅的正弦波输出压电陶瓷驱动电源。该文介绍了该驱动电源的设计方案、关键电路设计、控制系统软件设计及实验测试。该驱动电源以全桥逆变电路、隔离直流-直流抬压电路为核心,采用电压、电流双闭环比例-积分控制正弦脉宽调制(SPWM)波的基波来调节输出电压。通过搭建实验平台,验证了当压电陶瓷电容为5μF时,该驱动电源能实现在5 Hz～1 kHz频响内电压100倍增益放大,输出0～1 000 V的动态正弦电压,最大输出功率达到7 kW。结果表明,设计的压电陶瓷驱动电源具有输出电压高,输出功率大,频率响应快,且减小了电源整机体积和质量。     

压电驱动电源快速放电回路的研究

为提高压电陶瓷驱动的高压精密微流量阀的频响及微流量输出控制精度,针对压电陶瓷驱动电源不能在断电后将压电陶瓷中的极化电荷迅速释放的缺点,该文在研究压电陶瓷驱动电源的过程中,设计并实现了一种新型快速放电回路,在驱动信号切断后,可快速对压电陶瓷进行放电,使其恢复初始状态,且其放电时间达到毫秒级.在完成快速放电同路特性仿真的基础上,利用所设计的压电陶瓷驱动电源及快速放电同路,对8 mm×8 mm×20 mm、电容为2.3 μF的压电陶瓷进行了驱动与快速放电试验测试,结果表明,该电源的快速放电特性,可有效提高压电驱动微流量阀流量的控制精度及流量阀的频率响应特性.     

基于DDS信号生成原理的压电驱动装置电源设计

针对多层叠堆设计的压电驱动装置,需要一种高电压和高频率信号驱动电源。详细介绍了一种采用DDS(Direct Digital Synthesis:直接数字频率合成技术)信号生成原理的设计方案。首先利用FPGA生成不同频率、波形的信号数据,再采用PCM1702实现D/A转换,将信号通过一级运放输出幅值范围0~10 V高质量的电压信号,最后应用二级运放和功率放大电路实现±250V信号输出,波形信号为梯形波,频率最高可达1.5KHz。通过搭建驱动电源测试平台后,验证了采用DDS信号生成原理的驱动电源的有效性和实用性。     

一种压电陶瓷微位移器驱动电源研究

在研究压电陶瓷微位移器的基础上,针对压电陶瓷的驱动特点和要求,设计了一种驱动电源。以单片机Atmega128和高压运算放大器PA78为核心器件,以及相关电路构成电压控制型驱动电源。介绍了主要模块电路的功能和实现,并对驱动电源进行测试实验。驱动电源可输出0~300 V连续电压,分辨率可达10 mV、静态纹波＜5 mV。结果表明该电源具有线性度高、稳定性好、分辨率高等优点。     

压电陶瓷驱动器电源温度控制系统研究

性能良好的驱动电源是实现压电陶瓷驱动器高精度定位的关键.基于集成高压运算放大器的直流放大式压电陶瓷驱动电源,具有集成度高,体积小,可靠性好等突出优点;但运放的发热问题,是影响其应用和发展的一个重要因素.对一种基于PA93功率运算放大器的压电陶瓷驱动电源,进行了实验性的研究,采用半导体制冷片和ALT-PT100贴片式温度传感器构成温度闭环控制系统,通过改变制冷片外加电源的极性和电压大小,将集成高压运算放大器的工作温度控制在一定范围内,可有效降低压电陶瓷驱动电源输出电压的纹波到7.8 mV,提高了电源输出电压的精度.找到了温度对电源输出电压精度影响的规律,为如何进一步提高压电陶瓷驱动电源输出电压的精度,实现压电陶瓷驱动器高精度的定位控制,提供了科学的方法和依据.     

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。     

基于双压电执行器的高频响伺服刀架实现研究

目前应用压电执行器的快速伺服刀架只能提供单向的驱动力,回复时间长,据此提出了一种双压电执行器构造的高频响伺服刀架。采用经典PI迟滞模型和其逆模型分别对2个压电执行器进行建模,在此基础上实现2个执行器的联动控制。为了提高控制精度,对经典PI模型进行改进,使其具有动态和非对称性。有限元软件分析得到该刀架的响应速度为10.21mm/s。最后实验结果表明刀架的响应速度为9.62mm/s。     

Benefits of amplification in an inertial stepping motor

Inertial stepping motors (ISMs) are widely used in high precision applications, such as scanning tunnelling microscopy and/or micro manipulation. The resolution they are able to reach makes them especially suitable when long stroke and high resolution are needed simultaneously. However, the limited speed of this technology is its main drawback. To overcome this drawback, the present paper proposes to use an amplified actuator in an ISM instead of a classical direct actuator. The impact of this choice is studied here, from speed and electrical current points of view.This study determined in an analytical way the influence of the actuator stroke on the step size of an ISM via an optimised control signal. The results are then confronted to a lumped model to identify potential limitations. Finally, a test bench is built using three different piezoelectric actuators to obtain experimental feedback about the benefits of actuator amplification in ISMs.     

基于PA85A的高精度动态压电陶瓷驱动电源设计

压电陶瓷作为原子力显微镜系统中的执行器件,能够快速跟踪测量样品的形貌。为提高压电陶瓷驱动器的定位精度与响应速度,根据电压控制型驱动电源的原理,以PA85A高压运放为核心器件,设计了一种高精度动态压电陶瓷驱动电源。分析了影响系统精度与动态性能的因素,采用相位补偿法,提高了系统的稳定性。实验结果表明,该电源具有精度高,动态响应快,稳定性强的特点,能有效用于原子力显微镜系统中。     

局部环状电极压电驱动器制备与夹持力测试

采用丝网电极印刷法制备了局部环状电极压电驱动器,并对其动力进行了测试研究。搭建了夹持力测试平台,对局部环状电极压电驱动器和传统压电驱动器的径向夹持力进行测试和分析。实验结果表明,分别在频率为0.2 Hz和峰值200 V的方波和正弦波激励下,局部环状电极压电驱动器带电极区的径向夹持力峰值分别为0.60 N和0.58 N,两种夹持力峰值响应分别是传统元件的2.72倍和2.76倍。无电极区的反向夹持力峰值为0.29 N和0.28 N,其略大于传统元件的夹持力峰值,实验结果同时验证了局部环状电极压电驱动器的正交异性。     

用于光刻投影物镜微调的压电陶瓷

为了提高大数值孔径投影物镜成像质量,需对镜片进行高精度微调.压电陶瓷是一种高精度定位的执行元件.根据电压控制型压电陶瓷驱动电源的原理,利用运算放大器PA88和OPA2227构成的高压运放式复合放大电路,设计了一种高精度的压电陶瓷驱动器,用于驱动镜片的精密微调.详细阐述了驱动器和供电电源的设计原理,并运用Multisim10软件对该驱动器的输出电压、线性度、静态纹波及稳定性进行了仿真分析.结果表明,该驱动器具有输出精度高,最大非线性误差为0.0005％,静态纹波小(±100 nV),稳定性强等优点,达到了投影物镜中镜片微调要求.     

压电陶瓷电源控制系统的设计与实现

根据压电陶瓷微定位系统的要求,在构成闭环控制系统时,需要控制器应用VC 编程语言编写的控制程序通过PC机的串口,给单片机发送控制命令,实现对压电陶瓷驱动电源的控制。通过对压电陶瓷电源驱动控制的实验表明,电源控制系统具有结构简单、性能稳定和精度高等优点,能够较好地满足微定位系统中压电陶瓷驱动电源的控制要求。     

老年人健康信息管理系统的开发与应用

从电路模型上分析多路复用技术在压电微变形镜控制中的驱动特性,设计了基于双MOSFET开关的驱动电路,并对致动器的电压保持能力和抗干扰能力做了测试.实验和分析表明,一个高压运放驱动25个压电陶瓷(PZT)致动器时,工作频率可达400 Hz,致动器的变形控制精度在2%左右.与传统控制方法相比,该方法具有低功耗、低成本的优点,适用于自适应光学系统中多通道压电微变形镜的控制.     

Precision Positioning of Hard Disk Drives Using Piezoelectric Actuators With Passive Damping

Positioning precision is crucial to today's increasingly high-speed, high-capacity, high-data-density, and miniaturized hard disk drives (HDDs). The demand for higher bandwidth servo systems that can quickly and precisely position the read/write head on a high track density becomes more pressing. The idea of applying dual-stage actuators to track servo systems has been studied. However, the current dual-stage actuator design uses only piezoelectric patches without passive damping. In this paper, we propose a dual-stage servo system using enhanced active-passive hybrid piezoelectric actuators. The proposed actuators will improve the existing dual-stage actuators for higher precision and shock resistance, due to the incorporation of passive damping in the design. We aim to develop this hybrid servo system not only to increase the speed of track seeking but also to improve the precision of track following servos in HDDs. New piezoelectrically actuated suspensions with passive damping have been designed and fabricated. In order to evaluate positioning and track following performances for the dual-stage track servo systems, experimental efforts are carried out to investigate the damping abilities and transmissibilities of the microactuators and to implement the synthesized active-passive suspension structure using a composite nonlinear feedback controller.     

尺蠖型压电驱动器结构及其特性

由于微纳米级精密定位技术在原位测试、精密光学、超精加工等领域的作用无可替代,因此具有精密定位功能的各种新型驱动器受到国内外学者的广泛关注,其中尺蠖型压电驱动器的研究尤为活跃。该类驱动器定位精度高,结构紧凑,输出力大,运动稳定,具备较大工作行程的同时拥有较高的运动分辨率,在各类驱动器中综合优势明显。首先,介绍了尺蠖型压电驱动器的原理和关键部件;其次,对直线型、旋转型和一体型三类代表性尺蠖驱动器的研究进展进行了总结和归纳,分析了各自的主要结构、动作原理、性能特点和适用场合。结果表明,实用性问题是未来研究重点,可从构型设计、控制系统、补偿算法以及温度控制等方面加以改进。