压电陶瓷驱动器

摘要： 以压电陶瓷驱动器作为动力输入的快速伺服刀架具有输出力大和高频率响应的优点。压电陶瓷驱动器固有的迟滞现象严重影响了快速伺服刀架的输出定位精度。为解决此问题,通过引入归一化Bouc-Wen模型建立前馈控制补偿器,归一化Bouc-Wen模型解决了经典Bouc-Wen模型中存在的参数冗余问题。获得模型参数后,基于其逆模型搭建了前馈补偿器,并在搭建的实验平台上进行了单/双自由度轨迹跟踪性能测试。实验结果表明,对于等幅正弦波信号,经前馈控制环节补偿下快速伺服刀架的最大轨迹跟踪误差为1.18%,最大轨迹跟踪偏差为2.61%,证明该文所提出的前馈控制补偿器能提高快速伺服刀架的定位精度。

摘要： 为解决开关式压电陶瓷驱器输出电流失真,纹波大等问题,设计了一套基于移相控制的压电陶瓷驱动器.主电路拓扑上采用多路半桥并联结合LCL滤波器电路,并采用移相控制,对拓扑和控制方法进行了仿真,通过了实验验证.实验结果表明:当负载电容为5μF,输入信号幅值为0～9.5V,频率在5kHz～2kHz范围内,驱动器能以良好的动态性能实现固定增益100倍输出,最大输出电压950V,输出电流总谐波失真小于5％.

摘要： 纳米级精度微位移驱动与控制通常使用压电陶瓷驱动器驱动柔性机构来实现.但是压电陶瓷驱动器行程较小,需要使用柔性放大机构对其位移进行放大,并且压电陶瓷驱动器存在蠕变和迟滞等非线性特性,而这些非线性特性极大影响了其输出位移经放大机构放大后的运动精度.针对以上两点,将传统桥式机构的4条桥臂用Scott-Russell机构代替,设计了一种新型柔性放大机构.同时,采用基于动力学逆模型前馈控制与PID反馈控制相结合的复合控制策略,提升放大机构的控制带宽和运动精度.实验结果表明,复合控制策略在1 Hz输入频率下的均方根跟踪误差相较传统PID反馈控制降低了33％,在10 Hz下降低了73％,说明了基于动力学逆模型前馈控制同PID反馈控制相结合的复合控制能够大幅度提高放大机构的跟踪精度.

摘要： 快速伺服刀架能够提供精确、快速的微纳米级运动。为了获得双向和二维运动,该文研制了一种双向压电驱动的二维快速伺服刀架。该刀架采用对称结构设计,结合柔顺放大机构和位移解耦机构,末端执行机构实现较大的输出位移,同时减小耦合位移。基于伪刚体模型,建立快速伺服刀架的静力学和动力学模型,得到机构的输出位移、输出耦合比、最大应力和固有频率。通过有限元仿真验证了模型的正确性。最后,采用电火花线切割加工快速伺服刀架原型样机,并搭建了实验测试系统。实验结果表明,快速伺服刀架在x、y方向的位移放大率分别为3.56和3.57;输出耦合误差分别为1.26%和1.00%,装配压电陶瓷驱动器后系统在x、y方向的一阶固有频率均是270 Hz,系统动态性能良好。

摘要： 为了降低压电陶瓷驱动器的迟滞非线性,提出了改进型的Maxwell-slip模型并引入自适应控制,使压电驱动器在宽频带下有良好的迟滞补偿效果。在经典Maxwell-slip模型中,输出力与输入位移的关系会出现迟滞现象,表现为平行四边形,与压电陶瓷驱动器的迟滞特性接近。由于每一单元滑块的最大静摩擦力与弹簧弹性系数成比例关系,若弹簧系数取定值时,每一个单元的最大静摩擦力在系统实时控制中是不变的,因此可以采用自适应控制算法对输出信号权值进行更新,从而更精确地补偿压电陶瓷驱动器。为了验证该模型,搭建了悬臂梁结构压电实验平台,运用该迟滞模型进行迟滞补偿控制,实验结果表明,对于Maxwell-slip模型自适应控制,在0.1~20 Hz宽频带下的均方根误差(RMSE)和绝对平均误差(MAE)均有减小。其中,在0.1 Hz下无前馈补偿控制的RMSE为0.0375μm,而通过自适应控制可以将压电微定位平台的RMSE降低到0.0124μm以内。与经典模型相比,所提出的Maxwell-slip模型自适应控制具有在宽频带内进行精密定位的优点。

摘要： 压电陶瓷驱动器是原子力显微镜(AFM)的关键组件. AFM在生物、材料及半导体等领域应用广泛,而利用AFM获得高精确的测试结果依然面临诸多挑战.其中,压电陶瓷驱动器具有迟滞、非线性等特点,在大范围高频工作状态下,对定位精度的影响更显著,这严重限制了AFM的进一步应用.本文围绕大范围压电陶瓷驱动器的迟滞性展开研究,设计一种基于改进型多项式拟合算法的迟滞建模方法,使得拟合模型可随输入信号频率的变化而变化,充分提高压电陶瓷迟滞模型的准确性.实验表明,该方法可为压电陶瓷驱动器建立准确的迟滞模型,建模过程简单,通过设计基于该迟滞逆模型的前馈控制算法,可使驱动范围在100 μm的压电陶瓷驱动器的线性度提高至1.5%.

摘要： 自适应光学系统中的倾斜镜、变形镜通常是应用压电陶瓷驱动器来进行精密位移控制,但压电陶瓷驱动器都有较大的非线性迟滞效应,对系统定位性能造成了一定的影响.为了补偿迟滞现象,需要对迟滞效应进行建模.本文通过引入迟滞算子,使用贝叶斯正则化训练算法训练BP神经网络来构建压电陶瓷驱动器迟滞模型,以中国科学院光电技术研究所自主研制的压电陶瓷驱动器为对象开展了实验研究.实验结果表明,通过BP神经网络构建的压电陶瓷驱动器迟滞模型具有较准确的辨识能力,其中正模型的相对误差为0.0127,逆模型的相对误差为0.014.利用所建立的模型,压电陶瓷驱动器的非线性度从14.6％降低到了1.43％.

摘要： 该文设计了一种两级放大的新型柔性微夹钳结构,对其位移放大比等特性进行了研究。首先,设计了微夹钳的整体结构,第一级放大机构采用杠杆机构,第二级采用半桥式放大机构。随后,利用刚度矩阵法对微夹钳柔性机构进行建模分析,并建立了平面三自由度的振动微分方程,根据所得方程计算出了微夹钳的位移放大比等特性。最后分别利用有限元和实验方法对模型分析得到的位移放大比进行了验证。结果表明,模型分析、有限元分析及实验的结果较吻合,证明了此微夹钳柔性机构以及建模方法的可行性和有效性。

摘要： 针对成像光谱仪提出基于压电陶瓷(PZT)，驱动器的高频像移补偿技术以提高其成像质量。结合成像系统，分析了像移补偿系统需求，给出了采用压电陶瓷驱动器实现的像移补偿系统的控制策略和设计方案。对于压电陶瓷驱动器大容性负载给出了驱动器设计方法，能实现系统所需的高频大信号电压驱动;采用基于AD698集成芯片的信号调理电路和线性差分变压式传感器(LVDT)获得高精度补偿角度信息;针对压电陶瓷的迟滞特性采用基于DSP控制器的数字闭环控制实现高精度控制。测试数据表明此系统已达到所需速度精度要求，表明了此方案的可行性和实用性。

摘要： 压电驱动器因其驱动位移分辨率微小，非常适合于精密驱动领域的应用。然而，大多数压电驱动器是由压电陶瓷材料制成的，具有迟滞非线性的天然缺陷。为了补偿压电陶瓷驱动器的这种迟滞非线性，人们提出了一种基于逆模型的控制方法，该方法主要利用精确的迟滞模型来补偿压电驱动器的迟滞非线性。经典的Prandtl-Ishlinskii 迟滞模型具有算法简单、易于实时控制器实现等优点，但是该模型只能模拟中心对称的迟滞回线，而压电驱动器的迟滞回线是中心非对称的，因此该模型不能直接用于对压电驱动器的迟滞非线性建模。本文为解决此问题而提出了一种改进的Prandtl-Ishlinskii 模型。与经典的Prandtl-Ishlinskii 模型不同的是，本文提出的改进模型由两个非中心对称的迟滞算子复合构成，它们能够分别模型迟滞回线的上升分支和下降分支。改进的Prandtl-Ishlinskii 模型的一些特性也与经典Prandtl-Ishlinskii 模型不同，改进的模型满足记忆擦除特性，但是不满足次环一致特性。为了验证新的模型用于压电陶瓷驱动器迟滞建模的效果，采取了一套迟滞测试系统对一块压电叠堆驱动器的迟滞回线进行了测试。利用新的迟滞模型来模拟所测得的迟滞回线，通过比较测试的迟滞回线与模拟的迟滞回线，发现本文所提出的改进模型具有很高的建模精确度。最大的建模误差为测试数据范围的1.87％，相比之下经典Prandtl-Ishlinskii 模型的最大建模误差达到了7.78％。

摘要： 基于柔顺机构学、机械原理和空间机构学,设计了由压电陶瓷驱动器驱动的六自由度柔性精密定位平台.利用伪刚体法和虚功原理对平台进行静力学分析,得到了沿X、Y、Z轴移动,绕X、Y轴摆动和绕Z轴转动6个自由度的静态刚度及运动特性,利用APDL对定位平台的结构进行优化,得到了平台6个方向运动的最大行程.对定位平台进行有限元仿真,并通过搭建的实验平台进行测试,将实验结果与理论结果和仿真结果进行对比分析,验证了理论模型的正确性及平台结构的合理性.

摘要： 为了实现二维平面纳米级定位,研制了一台压电陶瓷驱动和弹性铰链导向的一体化微定位平台。该微定位平台具有 高刚度、高响应速度和高分辨率等优点。为了克服压电陶瓷驱动器伸长量较小的不足,采用杠杆放大机构增加微定位平台的位移输出。考虑驱动电路的影响,建立了微定位平台的机电耦合模型。通过试验研究了微定位平台的静动态特性,试验 结果表明微定位平台的分辨率为5nm ,固有频率分别为143Hz和180Hz。该微定位平台可应用于纳米级的微定位。

摘要： 研制了一台压电陶瓷驱动和弹性铰链导向的一体化微定位平台,该微定位平台具有高刚度、高响应速度和高分辨率等优点。为了克服压电陶瓷驱动器伸长量较小的不足,采用杠杆放大机构增加微定位平台的位移输出。考虑驱动电路的影响,建立了微定位平台的机电耦合模型。通过试验研究了微定位平台的静动态特性,试验结果表明微定位平台的分辨率为5 nm ,固有频率分别为143 Hz 和180 Hz。该微定位平台可应用于纳米级的微定位。

摘要： 为了实现二维平面纳米级定位,研制了一台压电陶瓷驱动和弹性铰链导向的一体化微定位平台。该微定位平台具有高刚度、高响应速度和高分辨率等优点。为了克服压电陶瓷驱动器伸长量较小的不足,采用杠杆放大机构增加微定位平台的位移输出。考虑驱动电路的影响,建立了微定位平台的机电耦合模型。通过试验研究了微定位平台的静动态特性,试验结果表明微定位平台的分辨率为5nm ,固有频率分别为143Hz 和180Hz。该微定位平台可应用于纳米级的微定位。

摘要： 微米量级的小行程微动平台多通过数个压电陶瓷驱动器,实现多自由度驱动。利用PCI-7464数据采集卡提供的DLL动态连接库函数及VB中的Timer控件,实现了八路0-10v的压电陶瓷驱动电源模拟控制信号的可编程输出,通过后续的放大电路,实现了0-300v控制电压的输出。经测试,八路电源输出电压的非线性误差小于0.1％,分辨率为6mv,纹波电压小于20mv,功率带宽可达30KHZ,连续輸出电流可达8A,连续工作4小时电压变换量小于0.01％,满足压电陶瓷的驱动要求。

摘要： 压电陶瓷驱动器在较高电场的作用下将产生严重的非线性,从而影响其定位精度.压电陶瓷驱动器的非线性不仅与材料的非线性、蠕变、滞后等因素有关[1],还与器件的动态响应特性有关.动态响应的迟滞非线性是影响压电式微位移驱动器控制性能的一个关键因素,直接关系到控制精度的提高.本文采用前馈控制同数字PID控制相结合的复合控制算法对一维压电式微位移机构的控制过程进行校正补偿,建立了动态特性的闭环校正控制系统.实测结果表明,机构的动态响应时间显著缩短,实现了机构的快速响应.

摘要： 分析了基于压电微驱动技术的径向微动镗杆的工作原理.针对压电陶瓷驱动器(PEA)的迟滞特性，采用了基于Preisach模型的前馈控制和PID反馈控制相结合的复合控制结构，实现了活塞异形销孔加工时镗刀的高频径向微进给控制.实验结果表明，活塞销孔的加工精度和表面粗糙度均满足要求。

摘要： 压电陶瓷驱动器在电场作用下将产生迟滞和蠕变,从而降低其定位精度,采用电荷控制可以减小位移迟滞和蠕变.本文简要介绍了二维微动平台的总体设计,根据系统的特点及要求,设计了电荷反馈式驱动电源。

摘要： 弯曲压电振子的两自由度压电驱动器及采用该驱动器实现的两自由度运动的激励方法。属于压电驱动技术领域。解决了现有的两自由度压电驱动装置结构复杂、成本高和行程小的问题。驱动器包括基座、压电振子和动子，所述弯曲压电陶瓷组分为两部分，分别为第一组弯曲压电陶瓷组和第二组弯曲压电陶瓷组，两组弯曲压电陶瓷施加电压激励信号时，压电振子可以分别实现两个自由度的弯曲运动。通过改变电压激励信号，可以控制压电振子的弯曲方向；利用摩擦力作为驱动力，以压电振子为定子，驱动动子实现两自由度运动。本发明主要应用于超精密驱动、定位、加工等领域。

摘要： 本发明提供一种压电驱动器制作方法及压电驱动器。该方法包括：在压电陶瓷片的上下表面分别制作预设图案的内电极；通过耐高温无机聚合硅凝胶材料，将制作内电极后的多个压电陶瓷片粘结在一起，形成一体化结构的多层陶瓷；在所述一体化结构的多层陶瓷的相对的两个侧面上分别制作外电极，以将各压电陶瓷片在电路上形成并联连接；对所述一体化结构的多层陶瓷进行极化，得到所述压电驱动器。本发明压电驱动器制作简单，具有较好的耐高温性能，工作稳定可靠。

摘要： 压电驱动器具备支撑基板、具有第1压电层叠体、第2压电层叠体以及位移部的主体部、第1弹性体层；第1弹性体层以连接第1压电层叠体的下面、第2压电层叠体的下面、第1压电层叠体的侧面、第2压电层叠体的侧面的方式被固定于主体部；第1弹性体层的第1～第4区域由第1～第4结合部而被固定于支撑基板的主面；非结合面未被固定于支撑基板(3)的主面。

摘要： 本发明提出一种陶瓷材料，所述陶瓷材料具有通式(Bi

摘要： 本发明涉及摄像镜头驱动技术领域，尤其是一种用于摄像镜头的压电驱动器的驱动方法。该方法包括以下步骤：S1、CPU接收变焦信号，并将变焦信号转换为电信号传递给驱动电路；S2、驱动电路将接收的电信号转换为激励方波，采用激励方波的基波与二次谐波激励压电振子，以使压电振子产生8字形振动；S3、压电振子带动与其相连的负载向远离压电振子的方向或者靠近压电振子的方向移动，以调节焦距。本发明还提供一种用于摄像镜头的压电驱动器，包括压电振子、负载和导杆。本发明能够实现高像素摄像头的自动调焦，具有体积小、无磁干扰、推力大、位移大、响应速度快、定位精度高等优点。

摘要： 一种压电驱动器阵列的制造方法和压电驱动器阵列，属于压电驱动器领域，该方法包括：叠压基座层、多层压电功能层和保护层，对基座层、压电功能层和保护层进行排胶烧结，切割掉内电极所在的目标空间范围外的压电功能层和保护层，通过电极端对排胶烧结后的多个压电驱动器单元进行极化，得到由基座层、多个压电驱动器单元和保护层组成的压电驱动器阵列。在制造压电驱动器阵列的过程中，阵列中的多个压电驱动器单元同时制造，多个压电驱动器单元在制造过程中的工艺参数始终保持一致，可以使多个压电驱动器单元的性能参数保持一致，从而可以提高多个压电驱动器单元的一致性。

摘要： 弯曲压电振子的两自由度压电驱动器及采用该驱动器实现的两自由度运动的激励方法。属于压电驱动技术领域。解决了现有的两自由度压电驱动装置结构复杂、成本高和行程小的问题。驱动器包括基座、压电振子和动子，所述弯曲压电陶瓷组分为两部分，分别为第一组弯曲压电陶瓷组和第二组弯曲压电陶瓷组，两组弯曲压电陶瓷施加电压激励信号时，压电振子可以分别实现两个自由度的弯曲运动。通过改变电压激励信号，可以控制压电振子的弯曲方向；利用摩擦力作为驱动力，以压电振子为定子，驱动动子实现两自由度运动。本发明主要应用于超精密驱动、定位、加工等领域。

摘要： 本发明提供一种压电驱动器制作方法及压电驱动器。该方法包括：在压电陶瓷片的上下表面分别制作预设图案的内电极；通过耐高温无机聚合硅凝胶材料，将制作内电极后的多个压电陶瓷片粘结在一起，形成一体化结构的多层陶瓷；在所述一体化结构的多层陶瓷的相对的两个侧面上分别制作外电极，以将各压电陶瓷片在电路上形成并联连接；对所述一体化结构的多层陶瓷进行极化，得到所述压电驱动器。本发明压电驱动器制作简单，具有较好的耐高温性能，工作稳定可靠。

摘要： 压电驱动器具备支撑基板、具有第1压电层叠体、第2压电层叠体以及位移部的主体部、第1弹性体层；第1弹性体层以连接第1压电层叠体的下面、第2压电层叠体的下面、第1压电层叠体的侧面、第2压电层叠体的侧面的方式被固定于主体部；第1弹性体层的第1～第4区域由第1～第4结合部而被固定于支撑基板的主面；非结合面未被固定于支撑基板(3)的主面。

摘要： 本发明公开了一种多层压电驱动器的制造方法和多层压电驱动器，属于压电器件领域。方法包括：将陶瓷粉体进行湿法研磨，加入粘合剂后流延成膜，冲片后烧制成多个陶瓷片，在每个陶瓷片的两面上印刷内部电极层和内部绝缘层，将多个陶瓷片交互层叠后烧制成一体化多层陶瓷，在两个相对侧面上印刷烧制外部电极，然后整体极化制成多层压电驱动器。多层压电驱动器包括至少两个交互层叠的内电极压电陶瓷体，相邻的两个内电极压电陶瓷体之间通过内部电极层接合，内部电极层的一端有内部绝缘层，另一端连接于外部电极，相邻的两个内部绝缘层分处内电极压电陶瓷体的两端。本发明中的多层压电驱动器能量转换效率有较大提高，且微观缺陷较少，可靠性得到了保障。