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。     

螺旋箝位双向大推力压电直线作动器研究

设计了一种基于螺旋箝位原理的尺蠖式压电直线作动器,它可实现大推力、大行程双向作动。阐述了螺旋箝位运动原理,进行作动器的结构设计。通过ANSYS有限元仿真分析了箝位力对端面的影响,并对力矩电机主轴进行强度校核,分析了计算力矩电机转速与压电叠堆驱动频率的匹配关系。最后,搭建实验测试系统。结果表明,该作动器在叠堆驱动电压为150 V、频率100 Hz、电机转速150 r/min时,获得最大推力为190 N,行程可达60 mm。     

压电作动器位移输出特性分析

通过对一种用于微隔振平台的压电作动器进行实验研究,得出了位移迟滞非线性输出曲线,综合整理并分析了压电作动器输出位移曲线特点,从微观上系统分析了作动器位移输出特性的机理.结果表明,蠕变导致作动器驱动电压回零时,作动器输出存在残留位移;迟滞大小不仅与预压力有关,还与加压次数和加压频率等有关;作动器位移输出曲线具有一定的漂移特性,对作动器的精确建模造成一定困难.为进一步修正和减少建模误差的影响、提高系统的控制精度,提供了科学的依据.     

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.     

双作动板驱动的压电宏微直线作动器研究

针对单板式压电作动器动力小、速度低等问题,为丰富宏微直线作动器形式,该文提出基于双作动板式定子的压电直线作动器。选定双作动板的一阶纵振和二阶弯振为作动器工作模态,利用纵振驱使动子滑移,借助弯振实现驱动足与动子的动态接触与分离。阐释了双作动板推动动子前移的过程,推导出驱动足的椭圆轨迹方程及椭圆形成条件。优化出定子结构尺寸为45.3 mm×11.2 mm×6 mm,实现了两工作模态的简并。建立了定子机电耦合分析模型,解算出两相工作模态的振型,求得两相模态频率分别为34 994 Hz和34 998 Hz,模拟出驱动足的椭圆行进轨迹,求得定子的调压及调频振动特性。测试表明,当驱动电压的幅值和频率为250 V、34 938 Hz 时,驱动足的x、z向振幅分别达1.34 μm和2.73 μm,足以推动动子移进。设计了双板式作动器的装配结构,建立了其三维装配模型。该作动器有望输出较大动力与速度,具有广阔的应用前景。     

压电陶瓷致动器控制系统研究

为满足快刀伺服系统的控制需要,设计了一种压电陶瓷致动器控制系统,单片机接收到计算机的控制命令后,控制D/A转换器输出相应控制电压信号,并通过高压运放PA96将该信号线性放大,实现对压电陶瓷致动器的控制。对该系统进行驱动控制实验,结果表明系统具有精度高、结构简单、功能可靠的特点。     

一种新型压电陶瓷固液一体化作动器

提出了一种基于压电陶瓷的新型固液一体化作动器。该作动器通过两个压电陶瓷泵协调工作,由压电陶瓷提供动力,液压油为介质,用泵体代替普通一体化作动器中的单向阀,克服了单向阀的响应频率瓶颈,从而有效地利用了压电陶的高频响应特性,同时集成的一体化结构设计,避免了普通液压作动器的分布管路。对设计的一体化作动器进行了建模仿真,得到仿真曲线,结果表明该作动器相对体积小,输出位移大,响应频率高,承载能力强,动态特性好,并且实现了全电工作。     

一种微型机器鱼的压电驱动系统设计

压电陶瓷用作微型机器人的致动器具有静音、低功耗等优点,但在悬臂型应用中高位移所需的高驱动电压是其应用难点。该文针对一种双鳍式微型机器鱼的压电致动器,设计了可控制输出频率、幅值的高压正弦信号驱动系统。压电致动器的驱动模块采用PA443高压运放设计外围电路,运放电源基于集成开关芯片设计升压(BOOST)和降压升压(BUCKBOOST)开关电源电路,实现了升压比分别为27和14的+1 66 V和-166 V小型运放电源。信号源模块输出正弦脉冲宽度调制(SPWM)波并对其解调,经PA443放大成驱动电压。结果表明,该驱动系统在满足体积小和输出稳定的前提下,采用交替驱动方式连接负载,输出峰峰值可调且最大为326.5 V的正弦双极驱动电压,具有实用创新性和一定带载能力。     

磁致伸缩作动器结构优化设计

根据电磁学原理,在对磁致伸缩作动器内部磁路分析的基础上,推导出了作动器输出位移与Terfenol-D棒及上下端盖的尺寸之间的关系,并以此为根据对作动器结构进行优化设计,以使其在充分发挥Terfenol-D棒性能的前提下结构更加紧凑.由于Terfenol-D棒和上下端盖、作动器内壁组成了闭合磁路,使螺线管端部的磁场分布情况得到了明显改善,同时考虑到温升对作动器输出位移的影响,采用热膨胀抵消补偿法降低了温度对作动器输出位移的影响,从而最大限度地消除了作动器输出非线性.另外,为了消除作动器中磁场对周围器件的干扰,对作动器采取了磁屏蔽措施,通过有限元软件ansys仿真表明,该作动器内部磁场较均匀,而外部漏磁几乎为零,实现了预期效果.     

纳秒级高功率准分子激光器驱动系统研制

采用反激升压电路与双向半桥驱动电路级联构成双级驱动电路,研制了一种纳秒级、高功率准分子激光器驱动系统。反激升压电路工作在DCM的条件下,保证输出稳定高压。双向半桥驱动电路采用输出电压信号与理想波形查找表比较,控制高低边开关产生控制脉冲,能够输出准分子激光器的任意驱动信号。通过软件仿真,分析了反激升压电路的励磁电感、开关频率、输出功率和驱动电压等工作条件对系统损耗的影响,并获得优化结果。实验表明,最窄驱动脉冲宽度为15 ns,峰值驱动电压为1000 V,脉冲上升/下降时间约为５ ns,峰值能量转换效率为68.5%,该驱动系统在实际应用中可行。     

超磁致伸缩伺服阀用伺服放大器的设计及分析

为驱动超磁致伸缩伺服阀,结合超磁致伸缩执行器驱动电源与伺服阀用伺服放大器的性能要求设计了超磁致伸缩伺服阀用伺服放大器,并建立了其电路模型,仿真分析了功率运算放大器的开环增益对其输出性能的影响.仿真结果表明,在功率运算放大器开环增益大于80 dB时,电路特性可满足设计要求.在驱动负载为额定值时,测试结果表明,样机的输出电流线性度为3％;输出电流2A时,其阶跃响应的调节时间小于0.5 ms,幅频宽可达2 kHz;在驱动频率小于1 kHz时,输出电流失真小且无相位滞后.     

基于DRV595的激光器恒温控制系统

半导体激光器的输出波长和功率随温度变化而变化,为了确保激光器工作性能,须对其进行恒温控制。采用脉冲宽度调制功率驱动器DRV595驱动半导体制冷器的方法,设计了一种双向大电流输出的高精度温度控制系统。在S域对系统进行了建模分析,搭建经典比例-积分-微分控制器,采用桥式采样电阻,纯硬件电路实现,结构简单,省掉了数字控制器的复杂软件编写。在常温试验中取得了±0.03℃的控制精度,DRV595集成脉冲宽度调制和双向MOSFET,输出电流最大为±4A。双向电流驱动半导体热电制冷器,实现了无死区控制。结果表明,脉冲宽度调制方式驱动和低输出级电阻大大降低了功率耗散。该系统工作稳定、功耗低、控制精度较高,具有实用价值。     

多单片机直流电源控制板设计

介绍了一种以单片机控制晶闸管触发脉冲为核心的直流电源控制板系统,该系统实现了晶闸管触发脉冲信号的同步产生、移相、驱动以及系统过压／过流保护等功能。用户可通过键盘来设置直流电源的输出,八段数码管显示实际输出电压／电流值;在硬件与软件的配合设计下,该系统实现了智能化三相交流电的相序判断、同步脉冲形成、断线检测、脉冲编码计算、输出数据采样、软启动控制及比例控制等功能。     

二象限DC-DC变换器光伏发电系统设计

对光伏发电问题进行了研究,提出了二象限DC-DC变换器的设计,变换器主电路采用半桥式双向直流变换的结构拓扑,实现了能量的双向流动和升降压功能;控制电路采用TMS320LF2407DSP为中心控制芯片,由专门的电压、电流采样调理电路以及驱动电路完成脉冲宽度调制（PWM,Pulse WidthModulation）信号的产生和输出,并对PWM信号的产生、输出进行电力电子仿真（PSIM,Power Simulation）,结果表明,该变换器能够实现蓄电池的充放电和升降压电路功能,提高光伏组件的利用率。     

压电微角度驱动器及其闭环控制检测系统

采用高碳铬轴承钢GCr15作为压电微角度驱动器的加工材料,满足了系统高硬度、耐磨性、抗腐蚀性等要求。运用柔性铰链结构为压电陶瓷提供预紧并扩大输出角位移。通过TMS320LF2407型数字信号处理器(DSP)实现对运动系统的控制,提高了系统数据处理能力和运行速度。对运动系统采用数字比例-积分-微分(PID)闭环控制,提高了驱动器的位移分辨率和重复定位精度。在检测系统中,通过集成在驱动器上的圆光栅,将驱动器的实际输出结果一方面液晶显示,另一方面反馈到DSP内以进行闭环控制。驱动器单周期角位移精度可达3%。     

一种高效压电旋转驱动器的设计和研究

为解决压电双晶片旋转驱动器能量利用效率低,转动力学性能差等问题,设计了一种高效压电旋转驱动器。驱动器以压电双晶片组为原动件,通过双离合器机构耦合,将双晶片组正、反两个方向产生的扭转运动全部转化为连续旋转输出,提高了能量利用效率。通过双晶片组对称结构的设计和安装,改善了驱动器力学性能和刚度。通过有限元仿真分析和实际测试,驱动器转速与驱动信号的频率电压基本成线性关系,驱动器承载能力明显提升。驱动器结构紧凑,体积小,普通正弦信号即可驱动,不需要特殊驱动信号或专门时序控制电路,运行稳定可靠,控制简单高效,适用于微驱动领域。     

减重支持系统的实现

介绍了康复机器人减重支持系统的构成。利用直线执行器作为支持系统的主要部件,采用H桥驱动直线执行器。利用双闭环反馈控制作为该系统的控制器,其中电流控制器作为内环控制器,速度反馈控制器作为外环控制器,并均采用PID控制器来实现,PID参数采用遗传算法进行整定。同时,利用延迟采样的策略保证了电流控制器参数的正确性。从实际效果上看,双闭环反馈控制基本使减重支持系统达到了恒力输出的要求。     

Control of hybrid nanopositioning systems for trajectory-tracking applications

In many industrial applications positioning systems are required to follow trajectory paths in the range of several centimeters and featuring at the same time a nanometre-range precision. Neither pure piezoelectric stages nor standard positioning systems with motor and spindle are able to meet such requirements as a single actuator, because of the small operation range on the one hand and inadequacies like backlash and friction on the other hand. Hybrid positioning systems, realized as a combination of a “coarse” and a “fine” actuator, aim to solve this problem. The wide range of applications enables a considerable market potential for such devices, but yields changing control requirements due to the high variety of possible positioned objects and positioning tasks and requires therefore a high-performance control system.In this paper a model-based control design for piezoelectric hybrid nanopositioning systems is presented. The proposed control consists of a multivariable state-feedback control on the basis of a novel plant representation offering a sufficient robustness. The designed control is realized and experimentally tested with a commercially available hybrid nanopositioning system featuring a DC drive, representing the coarse actuator, and a piezoelectric actuator utilized as fine actuator.     

基于压电致动的微流体主动控制阀的研究

介绍了一种采用圆盘形压电振子作为致动元件的微流体主动控制阀。通过圆盘形压电振子的变形改变其与圆环面边界间的过流间隙以实现微流体主动控制阀的开启、关闭及其程度,并建立了微流体主动控制阀的流量控制模型。在此基础上,对作用于圆盘形压电振子上的控制电压和进出口压差对微流体主动控制阀流量的控制特性进行了仿真与分析。研究结果表明,通过改变作用于压电振子上的控制电压可实现阀流量的连续控制,通过改变微流体主动控制阀的进出口压差也可在一定程度上控制阀流量。