双足压电作动器的研究及其在二维平台中的应用

摘要

近些年来，光电技术、精密制造加工、纳米科学、航宇工程等领域对精密定位技术提出了越来越高的要求，如需要亚微米或纳米级的定位分辨率，精细的运动控制等。非共振式压电直线作动器具有精度高、响应快、可自锁等特点，有望应用于新型精密运动平台的作动之中。
　　本文研究的双足压电直线作动器，是以压电叠堆为作动单元的一种非共振式作动器，在大行程下依然具有精度高、响应快、推力大的特点，应用于精密二维运动平台时具有较大的优势。本文的主要研究内容如下：
　　介绍了压电精密运动平台的应用背景及其特点，概述了压电作动技术的研究现状；比较了共振与非共振式作动技术，归纳了以压电叠堆为作动单元的非共振式作动器的特点。
　　介绍了压电元件的特点及结构，总结了其使用方法与注意事项；考虑到压电输出对外加压力的敏感性，对两种压电叠堆做了预紧力标定实验；研究了两种压电叠堆的动态特性，获得了不同预紧力下二者的激励电压、频率与输出振幅的关系。
　　根据对单、双足压电作动原理的比较及三相、四相驱动的分析，设计了双足对称式三相驱动压电作动器并制作了样机；根据实验结果及分析，对作动器进行了改进；实验表明改进型作动器具有更稳定的性能、更大的推力。
　　以新型压电作动器为作动单元，设计了精密二维平台的机械结构并制作了样机；通过实验测试了平台性能，表明二层平台对底层的输出特性影响较小；平台的定位分辨率可达4.2μm（连续步进模式）、0.1μm（单步驱动模式），表明该平台可实现较高精度的作动。

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注释表

第一章绪论

1.1引言

1.2压电精密运动平台概述

1.3 压电精密作动技术的研究现状

1.4本研究的意义、目标及主要内容

第二章压电元件的特性及实验研究

2.1引言

2.2压电陶瓷简介

2.3压电叠堆简介

2.4压电叠堆的实验研究

2.5本章小结

第三章双足对称式三相压电作动器的设计

3.1引言

3.2双足压电直线作动器的工作机理

3.3双足压电作动器的设计

3.4双足作动器的样机实验

3.5作动器存在的问题

3.6本章小结

第四章双足对称式三相压电作动器的改进

4.1引言

4.2改进的关注重点

4.3杠杆放大式双足压电作动器的相关分析

4.4杠杆放大式作动器的设计

4.4改进型作动器的初步实验

4.5实验问题总结及分析

4.6本章小结

第五章新型压电作动器在二维平台中的应用

5.1引言

5.2压电二维平台的机械结构设计

5.3二维平台的初步实验研究

5.4本章小结

第六章全文总结与展望

6.1本文的主要贡献

6.2本文的创新点

6.3进一步研究工作展望

参考文献

致谢

在学期间的研究成果及发表的学术论文