非对称惯性压电驱动器双向驱动机理与试验研究

非对称惯性压电驱动器双向驱动机理与试验研究

作者:师大云端图书馆 时间:2019-12-09 分类:参考文献 喜欢:3175
师大云端图书馆

【摘要】压电驱动器是一种基于压电材料研制的微小精密驱动装置,具有定位分辨率高、响应速度快、结构简单、能耗低、不受电磁干扰等优点,被广泛应用于精密/超精密加工、医疗卫生、振动控制、传感器等领域。非对称惯性压电驱动器结构简单、驱动方式独特,并且与传统的采用非对称波形(锯齿波等)驱动的惯性压电驱动器相比,可以采用对称波形驱动,简化了电源控制,节约了设计成本。以非对称惯性压电驱动器为研究对象,提出一种可形成双向驱动能力的新型非对称惯性压电驱动机构。运用能量守恒定律对压电振子的运动过程进行了理论分析,推导出双向旋转非对称惯性压电驱动器步距角与频率之间的关系式。提出通过采用不同频率的电源激励信号,使驱动器实现双向运动的方案,拓宽了该类驱动器的应用领域,为非对称惯性压电驱动器的进一步理论研究提供了参考。本文的主要研究内容如下:1.压电驱动器的研究现状对直接驱动式、尺蠖式、惯性冲击式三种主要驱动形式的压电驱动器的国内外研究现状及应用领域进行了分析,结合国内外现状,基于惯性压电驱动器,提出了具有双向驱动能力的非对称惯性压电驱动器,其不仅具有非对称惯性压电驱动器结构简单、控制方便的特点,且在理论分析的基础上,可以通过选择不同的工作频率,实现驱动器的双向驱动。2.压电基础理论与双向驱动理论研究根据压电基础理论知识,本文研究的驱动器采用具有LE振动模式的PZT材料制作的压电振子作为驱动元件,采用非对称夹持的悬臂方式进行支撑。对非对称驱动原理进行了初步的分析,参考非线性振动系统的建模方式,建立了非对称夹持振子的动力学模型,并推导出了非对称夹持振子的等效刚度计算公式。通过对非对称夹持振子的运动过程进行分解,利用能量守恒定律,推导出双向旋转非对称惯性压电驱动器的歩距角表达式,根据理论推导的结果对驱动器在不同条件下的各种运动形式做了进一步的分析。3.压电驱动器的仿真分析使用Ansys软件对非对称夹持压电振子进行了有限元仿真分析。通过静力学分析研究了非对称夹持振子的静力学变形及应力分布情况,通过动力学分析研究了非对称夹持振子在不同频率下的振型,在正弦激励下的谐响应情况以及在不同时间段的瞬态响应情况。根据理论推导的驱动器歩距角表达式,使用MATLAB软件,对驱动器进行了数值仿真分析。研究了频率、电压、系统质量、两侧夹持刚度差等对双向旋转非对称惯性压电驱动器工作性能的影响规律。4.压电驱动器的试验分析设计制作了旋转驱动器的试验样机,根据测试的需求,搭建了驱动器的测试系统。通过试验测试测得,在电压幅值范围为0V-90V,激励频率为35Hz的条件下,驱动器的最小驱动电压约为25V,当电压为90V的时候达到最大的歩距角0.0374rad;当驱动电压为90V,惯性质量为8.2g时,在2mm-6mm夹持差范围内,正向旋转的最大歩距角随夹持差的增加而减小,在5mm夹持差处略有增加,6mm夹持差的最大歩距角最小。反向旋转中,随着夹持差的增大,驱动器最大歩距角变化较小,不同夹持差所对应的最大歩距角值相近;当驱动器惯性质量为8.2g,驱动电压频率在0Hz到100Hz范围内时,驱动器在79Hz左右换向,驱动电压频率在120Hz到300Hz范围内时,驱动器在215Hz左右换向,正向旋转的性能要明显优于反向旋转的性能;相同条件下,惯性质量块质量增加为16.4g,驱动器正反向工作的性能差异较惯性质量块质量为8.2g时有了明显的缩减,正反两个转向的歩距角峰值相近,均在0.01rad左右,其振动峰值所在的频率段接近于有限元仿真中的固有频率31.615Hz;驱动器最小分辨率可达0.3μrad,且可以实现较平稳的旋转运动。试验结果表明,驱动器能较好的实现双向旋转,与理论分析的结果基本吻合。
【作者】孙淑杰;
【导师】曾平;
【作者基本信息】吉林大学,机械设计及理论,2014,硕士
【关键词】双向旋转;非对称;压电;惯性驱动;

【参考文献】
[1]鲁韶华.特殊结构光纤光栅的研究和应用[D].北京交通大学,2009.
[2]范新.多层螺旋CT在结肠肿瘤诊断中的应用研究[D].大连医科大学,影像医学与核医学,2012,硕士.
[3]马毅恒,井西利,邢小宁,王全志,王红翠,刘英杰.弹性波的三维Hamilton系统方法模拟[J].石油地球物理勘探,2012,04:524-531+682+511.
[4]邓俊.基于随控布局思想的可变形乘波体复杂建模及控制[D].南京航空航天大学,导航、制导与控制,2012,硕士.
[5]朱雪梅.基于动态方法的嵌入式软件缺陷检测技术研究与实现[D].杭州电子科技大学,计算机应用技术,2014,硕士.
[6]王若韫.女性中医养生文化的新媒体传播实证研究[D].浙江工业大学,传播学,2012,硕士.
[7]韩耀龙.高21块油藏精细描述及二次开发研究[D].东北石油大学,地质工程(专业学位),2013,硕士.
[8]钟琳.青春期亲子间冲突性话语语用分析[D].山东师范大学,英语语言文学,2013,硕士.
[9]龚健.一种AC/DC开关电源控制芯片的设计[D].华南理工大学,集成电路工程,2012,硕士.
[10]李明玉.用计算机软件来进行模拟轧钢——介绍武钢一米七热连轧计算机系统综合试运转[J].冶金自动化,1980,03:1-6.
[11]叶海旺.土岩爆破智能化系统研究[D].武汉理工大学,2003.
[12]伏克仗,李明海,孙炳权,黄丽.农机市场监督管理亟待加强[J].中国农机化.2003(06)
[13]王丛,董媛媛.从电影《赵氏孤儿》看历史文本的当代呈现[J].新闻爱好者,2014,03:74-76.
[14]张长坤,王学生.有机聚合物整体柱在样品预处理领域的应用[J].广州化工,2015,08:6-9.
[15]黄晓娟.桑植白族仗鼓舞的形态特征研究[D].湖南师范大学,音乐学,2014,硕士.
[16]常卓.计算机免疫系统GECISM中的回滚、备份与设障[D].河北大学,2004.
[17]贺雪.RhoC/Rock通路对Hep-2细胞侵袭迁移能力调控作用的体外实验研究[D].中国人民解放军医学院,耳鼻咽喉科学,2012,硕士.
[18]刘晓玫,沈宁泽,沈春迎.区域地图集设计的创新思维[A].中国地理学会地图学与GIS专业委员会.地图学与GIS学术讨论会论文集[C].中国地理学会地图学与GIS专业委员会:,2002:8.
[19]陈倩.显著性区域检测算法研究[D].北京交通大学,2014.
[20]欧阳志柳.初一学生代数问题解决过程的教学研究[D].湖南师范大学,课程与教学论,2014,硕士.
[21]李光九,逯永喜,王文成,程勇,巩士兴,王秀丽,孙伟.基于壳聚糖-石墨烯-碳纳米管复合膜的电化学DNA传感器的制备及应用[A].中国化工学会精细化工专业委员会、中国化学会电化学委员会、中国有机电化学与工业联合会、国家自然科学基金委员会.第十四届全国有机电化学与工业学术会议暨中国化工学会精细化工专业委员会全国第182次学术会议会议论文摘要[C].中国化工学会精细化工专业委员会、中国化学会电化学委员会、中国有机电化学与工业联合会、国家自然科学基金委员会:,2014:1.
[22]云中坤.高校社团活动中公民意识培育研究[D].郑州大学,思想政治教育,2013,硕士.
[23]于蒙.基于多Agent的集装箱码头生产调度系统的研究[D].武汉理工大学,2007.
[24]沈红.病毒性肝炎流行特征、丙肝知晓率和戊肝感染危险因素研究[D].复旦大学,公共卫生,2012,硕士.
[25]蔡庆慧.异丙肾上腺素诱导大鼠心肌缺血坏死区的自我修复[D].新乡医学院,内科学,2012,硕士.
[26]潘长胜.水泥搅拌桩加固松花江河漫滩相软土地基应用研究[D].长安大学,交通运输工程(专业学位),2014,硕士.
[27]熊宇文.公司董事对公司债权人责任法律制度研究[D].扬州大学,法律,2012,硕士.
[28]孙德禄.基于随机蕨类的视频图像中运动目标实时跟踪算法研究[D].西北大学,通信与信息系统,2013,硕士.
[29]许飞燕.多平台船载雷达系统的数据处理技术研究[D].哈尔滨工业大学,信息与通信工程,2013,硕士.
[30]耿实.全自动高炉紧急拨风系统[J].冶金自动化,1993,01:19-22+60.
[31]廖倩.国际刑事法院判决执行问题研究[D].西南政法大学,国际公法(专业学位),2012,硕士.
[32]覃骋.SAR/GMTI车辆目标微动信号仿真、提取和特征分析[D].杭州电子科技大学,控制工程,2014,硕士.
[33]蒋伟.MTC组寻呼接入策略和位置管理研究[D].西南交通大学,通信与信息系统,2014,硕士.
[34]刘芳.金融开放条件下中国银行业CRM运用研究[D].湖南大学,金融学,2003,硕士.
[35]彭维娟.三部配穴法针刺治疗颈性眩晕的临床研究[D].云南中医学院,针灸(专业学位),2012,硕士.
[36]石万银.无胆附片加工工艺及其质量控制研究[D].成都中医药大学,生药学,2012,硕士.
[37]林建.基于计算流体力学有砟道床飞砟力学特性研究[D].北京交通大学,2014.
[38]胡丕俊,李亮举,彭会军,李彦斌,周月杰.冶金过程控制开发平台中进程通信系统的开发及应用[J].冶金自动化,2011,05:32-35+42.
[39]赵经才.新型花生播种机[J].新农业.2007(07)
[40]王洪刚.西天山吐拉苏金矿集区北部克峡希小岩体群及其铜矿化研究[D].中国地质大学(北京),矿物学、岩石学、矿床学,2014,硕士.
[41]谢蕊婷.中文相亲节目中拒绝言语行为的性别差异研究[D].武汉理工大学,外国语言学及应用语言学,2012,硕士.
[42]张奎花.昆虫病原线虫共生菌杀虫活性及异小杆线虫培养条件优化[D].甘肃农业大学,农业昆虫与害虫防治,2013,硕士.
[43]刘家祺.细菌纤维素及其复合材料的制备与性能研究[D].天津科技大学,材料加工工程,2010,硕士.
[44]王江.高技术中小企业融资方式研究[D].吉林大学,企业管理,2004,硕士.
[45]陈文德.观测器新结构的理论研究[J].自动化学报,1982,02:118-125.
[46]司顺文.贫困村互助资金运作机制创新研究[D].华中师范大学,社会学,2013,硕士.
[47]李瑛.松花江流域河流生态系统区域生态地球化学评价研究[D].吉林大学,地质工程,2012,硕士.
[48]沈国辉,李立新,狄方春,孟鑫,刘金波,高宝成.特高压电网调度自动化系统的数据集成和可视化展示[J].电力系统自动化,2009,23:94-97.
[49]本报记者白书欣.科技,给我更多肺活量[N].网络世界,2002-12-30032.
[50].《材料科学与工艺》2014年优秀审稿专家[J].材料科学与工艺,2015,01:2.

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