基于压电陶瓷的二维微动工作台有限元分析

本文对二维微动工作台的一些关键技术进行了理论分析，并借助于ANSYS软件建立了二维微动工作台的有限元模型，采用有限元分析方法，对其静、动态力学性能进行了数值分析，得出了微动工作台的静态力学性能及固有频率。     

基于柔性铰链结构的二维微动工作台研究

重点介绍了一种基于PZT驱动的双柔性平行四连杆结构二维微动工作台.推导了柔性铰链各尺寸对固有频率的影响公式,并用有限元参数化分析方法,找到对固有频率影响较大的参数.将有限元模态分析值和实验测试结果相比较,探讨影响微动工作台动态性能的综合因素,为微动台的设计提供理论和实验依据.     

二维微动工作台的设计与分析

设计了一种用于宏微双重驱动系统的二维微动工作台。该微动平台采用柔性铰链支撑的并联式设计结构,该结构比串联式结构更简单紧凑,其x方向和y方向完全对称,所以这两个方向的参数完全相同,便于参数识别与工作台控制;采用有限元方法对该工作台进行了静态分析,并与采用解析法计算的结果进行对比。推导出由于宏动工作台高加速运动而引起微动工作台振动的加速度公式,为研究宏动台高加速、高减速运动对微动工作台的影响提供了依据。最后,计算分析了宏动工作台典型运动情况对微动工作台的影响,分析表明选择合适的阻尼比ξ,可以获得较短的微动工作台系统的调整时间和较小的超调量。     

基于柔性铰链微动平台的自抗扰控制方法

微动平台一般以柔性铰链为导向机构,由于系统固有频率低,会严重限制传统PID算法的控制带宽,影响定位精度。因此,设计自抗扰控制算法（ADRC）将系统未建模动态与外部未知扰动共同视作“总扰动”,通过扩张状态观测器（ESO）进行估计和补偿,提高系统的控制带宽。为了充分利用已知的模型信息,设计基于模型的ADRC算法,将柔性铰链标称模型输入到ESO中,进一步提升系统的控制性能。最后,通过10 μm行程的点位运动实验进行验证。结果表明：因为控制带宽无法过大而导致PID难以响应,ADRC提高了控制系统带宽,实现了精密定位;模型ADRC进一步提升了响应速度与定位精度。相比ADRC,模型ADRC整定时间缩短了68.1%,最大跟踪误差降低了53.8%,定位精度提升了60.7%。     

基于超声波电机的三维微动平台的设计

为了适应航空环境中低电压和轻重量的要求,设计了一种基于柔性铰链微位移缩小机构的微动平台。微动平台由超声波电机作为驱动元件,利用杠杆原理,经由柔顺机构输出缩小位移,从而实现机器人末端手臂的微位姿调整。对微位移缩小机构缩小倍数与运动学做了理论分析,并对柔性铰链位移和最大应力进行了有限元分析,实验证明该微动平台可以实现预期的运动。     

一种基于压电堆驱动器的喷嘴挡板式气体控制阀的研究

针对当前气体压电阀普遍存在的工作压力低、输出流量小的问题,设计了一种基于压电堆驱动器的喷嘴挡板式控制阀,对控制阀的柔性铰链挡板进行了设计和动力学分析,对阀的最大流量作了估算.最后进行了实验研究,结果表明:所设计的压电阀响应较快、允许工作压力高、输出流量大.     

岩石滚刀工作台液压系统的设计与分析(英文)

为了通过实验了解全断面岩石隧道掘进机滚刀破岩机理,优化滚刀结构,提高滚刀破岩效率,延长滚刀使用寿命,合理布置滚刀在刀盘上的分布,对岩石滚刀试验机工作台的液压驱动系统进行了设计和仿真,分析了流量和载荷对工作台运动性能的影响。研究发现:工作台的水平运动速度和流量成正比,而与载荷大小无关;工作台运动的延迟与载荷的大小成正比。通过理论分析证明所设计的液压系统正确合理,研究结果对岩石隧道掘进机刀具系统的结构优化,工作效率的提高具有重要意义。     

基于压电陶瓷的微进给平台的实验研究

超精密加工技术是机械制造业中最重要的部分,基于压电陶瓷的微位移机构是近年来发展起来的一种新型微位移机构。设计以压电陶瓷为驱动的、以弹性铰链为支撑的微进给平台,并进行大量的试验,采用不同的升降压步长对平台进行驱动。结果表明采用合适的升降压步长,可改善压电陶瓷的电压-位移的迟滞度,从而得到实用的电压-位移曲线。     

基于液压驱动的清污机器人控制方法研究北大核心

针对水利设施中传统清污机清污效果较差的现状,设计一款液压驱动的清污机器人,用于拦污栅上污物的清理和拦污栅前污物的抓取。分析了清污机器人三自由度串联结构,采用几何法求解其运动学,得到各关节液压缸与末端位姿的非线性关系。根据清污机器人在清污过程中路径重复的特点,设计液压伺服驱动控制器。采用速度前馈控制方法,系统能够快速跟踪规划的轨迹;为减小位置误差,加入位置反馈控制方法。结果表明:所设计的清污机器人各个液压缸响应速度较快,位置精度较高。     

数控双驱二维工作台的控制方法与联合仿真研究

文章针对双驱二维工作台的同步控制方法进行研究,建立并分析了基于扰动补偿的改进交叉耦合双驱同步控制策略;结合ADAMS软件和Matlab软件,建立了数控双驱二维工作台的机械系统和控制系统模型,研究讨论多种数控双驱二维工作台的同步控制方法,利用机电联合仿真技术对不同双驱同步控制系统方案进行仿真,并将联合仿真结果与传统伺服系统仿真的结果进行对比分析;最后进行双驱同步进给实验,实验结果表明:基于扰动补偿的改进交叉耦合的双驱同步控制比传统交叉耦合控制的同步精度更高,并且采用的机电联合仿真能够更加准确地分析工作台进给系统的动态特性,为双驱二维工作台的同步控制方法研究提供了更加可靠的依据。     

基于压电陶瓷的微进给工作台及其控制系统的软硬件实现

论文提出并介绍了一种基于压电陶瓷的微进给工作台及其控制系统的软硬件实现方法。它是由压电陶瓷、柔性铰链机构和单片机控制系统所组成的系统。将该系统以一定的方式安装在已有磨削机构上，就可以实现对高精密零件的磨削加工，实验表明，它可以保证机床的最大定位误差小于0．04μm，最大归零误差小于0．04μm。该系统已经用在精密外圆磨床上完成对工件的超精密磨削加工。满足工件最大加工误差小于0．05μm。该系统不仅用在外圆磨床的精密进给上，还可以用在平面磨床和内圆磨床上实现对高精密零件的超精密加工。     

基于实时误差补偿的精密定位系统的研究

介绍了基于实时误差补偿的精密定位系统的组成，分析了系统的偏摆振动模型，讨论了偏摆误差检测原理。利用有限元软件ANSYS。设计了采用双层平行板弹性铰链结构、基于PZT直接驱动的微驱动补偿工作台。实验结果证明，采用实时误差补偿技术，定位系统的运动性能得到较大提高。     

PZT高频陶瓷表面金属化薄膜及其结构

采用磁控溅射与真空蒸发工艺相对比的方法,分析了不同金属化薄膜及其结构对薄膜与PZT陶瓷的结合力和器件高频电学性能的影响.实验表明Cu-Ni+Ag薄膜可以改善陶瓷与金属的结合和减少反浸润发生,显著提高结合力,从而改善器件的电学性能.分析表明结合力是影响高频压电陶瓷电学性能的一个重要因素,实验得到了优化的金属化薄膜成分和结构,同时提出了相应的溅射工艺.     

PZT陶瓷粉末低电压电磁压制实验研究

以PZT陶瓷粉末为研究对象,采用间接加工方式对其进行低电压电磁压制成形,在成功压制出高密度制品的基础上,分析了电压、电容、毛坯尺寸、压制次数等参数对压实密度的影响。研究结果表明,PZT陶瓷粉末低电压电磁压制存在一个可成形的放电电压范围,在此范围内,压制密度先随电压增加而增加,烧结性能也不断得到改善,最终使得烧结后陶瓷制品密度提高;但电压越高,制品密度增幅趋缓,至最佳放电电压后,压制密度开始下降,而制品密度则急剧下降;同样,增加电容也能一定程度地提高PZT陶瓷粉末压实密度并改善其烧结性能,降低最佳放电电压;其他放电参数不变的条件下,制品高径比越大,压实密度越低,且最佳放电电压提高,烧结后制品密度降低;两次压制可以有效提高压制密度,降低最佳放电电压,改善陶瓷坯体的烧结性能,并最终提高功能陶瓷制品致密度,在设备能量不足的情况下,两次压制是一种获得高致密PZT陶瓷制品的有效方法;相比静力压制,低电压电磁压制能提高PZT陶瓷坯体密度,并改善陶瓷体的烧结性能。     

磁控溅射法制备PZT基SMA/PZT异质复合材料

采用直流磁控溅射法在PZT基体上溅射沉积NiTiSMA薄膜,而制备出PZT基NiTii SMA/PZT异质复合材料.研究了溅射工艺参数与晶化温度对NiTi SMA薄膜相组成及SMA/PZT异质复合材料膜/基间结合状态的影响规律.结果表明,为保障NiTi SMA薄膜的晶体颗粒均匀、结构致密,膜/基间成分交换范围小及结合紧密,制各NiTi SMA/PZT异质复合材料的适宜工艺为:于基体温度150℃、氩气压强0.7 Pa条件下溅射沉积NiTi SMA薄膜,再经600℃二次晶化处理.显微观察发现,NiTi SMA薄膜与PZT基体之间以化学方式,而非物理方式结合.     

成膜条件对PZT超微粒/硬脂酸复合LB膜及PZT超薄膜的影响

用胶体化学的方法获得PZT溶胶,利用LB技术制备PZT超细陶瓷微粒/硬脂酸复合LB膜,热处理后得到PZT超薄膜.研究了PZT超微粒/硬脂酸复合LB膜的成膜条件,有效改善复合膜和超薄膜的性能:亚相浓度为0.01 μmol·mL~(-1)可以获得与硬脂酸有效复合的稀溶胶体系,滑障速度为6～8 mm·min-1可以获得紧密的复合单分子体系,转移膜压为30～35 mN·m~(-1)和pH值为7.0可以获得较理想的转移比,提拉速度为5～9 mm·min~(-1)有利于有序多层膜的制备.工艺条件中崩溃压和单分子面积的变化反映了硬脂酸分子和超微粒的有效作用.复合LB膜及PZT 超薄膜的AFM粒径分析结果表明,吸附于硬脂酸上的PZT超微粒子的平均半径为30.508 nm,经过焙烧得到的PZT超微粒子平均半径为30.412 nm.     

基于PC机的气缸定位控制系统

提出一种以PC上位机为核心,以Visual C++为开发平台的控制系统,实现气缸精确定位控制。选择参数自整定Fuzzy-PID控制算法,利用比例方向控制阀、标准气缸、位移传感器和数据采集卡等元件,建立气缸定位控制系统实验平台。利用PC强大的数据处理能力实现Fuzzy-PID控制算法,以及PC丰富的外部接口实现输入输出模块的连接,可以有效节约系统开发成本。     

PZT超细陶瓷微粒/硬脂酸复合LB膜及超薄膜的制备和性能研究

用胶体化学的方法获得PZT溶胶,利用LB技术制备PZT超细陶瓷微粒/硬脂酸复合LB膜,热处理后得到PZT超薄膜.由π-A曲线确定了具体的拉膜工艺参数和条件,由紫外-可见吸收光谱和AFM照片对复合LB膜和超薄膜进行表征和性能检测.结果表明:超薄膜中PZT超微粒排布较均匀,覆盖度较高;复合膜层均匀,在194 nm和256 nm处均有较强的吸收峰.     

PZT纳米晶粉体的水热合成及表征

本文选取近于MPB的组成Pb(Zr0.52Ti0.48)O3进行了研究.通过水热法合成了纯相钙钛矿型纳米晶锆钛酸铅(PZT)粉体.所用原料试剂为分析纯Pb(NO3)2、Zr(NO3)4·5H2O、Ti(OC4H9)4,NaOH作为矿化剂.原料试剂按Pb(Zr0.52Ti0.48)O3化学计量比混合放入50 mL内衬聚四氟乙烯的高压釜中,填充度为70%.高压釜在170～270℃之间选择一定温度加热2 h后在冰水中冷却到室温.前躯体及水热处理的粉体通过XRD和SEM进行表征.PZT相在220℃加热2 h开始出现.在270℃加热2 h合成了纯相钙钛矿型纳米晶PZT粉体.粉体的平均尺寸为25 nm.     

等离子喷涂PZT涂层的制备与性能分析

用等离子喷涂方法在45号钢基体表面制备了锆钛酸铅(PZT)陶瓷涂层,并用扫描电镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)、透射电镜（TEM）、纳米压痕测量仪和d33准静态测量仪等检测手段对涂层的微观形貌、成分、纳米硬度、弹性模量和压电常数等各项性能进行分析,并测量涂层的介电温谱。结果表明：等离子喷涂制备的PZT陶瓷涂层具有典型的层状结构,结构致密,孔隙率为1.96%;纳米硬度和弹性模量平均值分别为5.881 GPa和113.413 GPa;压电常数达到了74 pC/N,并且由介电常数与温度关系图可推知PZT的居里温度约为370 ℃。制备的PZT涂层性能良好,使其在实际工况中的使用成为可能。