新型压电驱动器及高精度定位控制系统研究

摘要

论文根据压电陶瓷的逆压电效应研制了一种新型结构的驱动器，以及利用这种新型压电驱动器结合光栅测试系统、电磁动器研制一维、二维高精度位移定位控制集成系统。论文介绍陶瓷驱动器的研究现状以及相对电磁驱动器的优点，分析了已压电驱动器的优缺点。对所研制新型压电驱动器运动过程进行分析，以及利用软件对其运动进行模拟、仿真。试验分析了新驱动器的运动性能和一维、二维高精度位移定位系统的定位性论文主要从以下几个方面完成了创新性研究： 用弹簧振子和压电振子耦合，实现高精度连续步进位移。压电陶瓷环和电极间隔排列，并使用变幅杆和紧固螺栓固定，绕保证驱动部件稳定滑行的导向杆，负载滑块在摩擦力稳定的轨上移动。 用电磁伺服驱动器和新型压电驱动器相结合组成混合驱动器计定位驱动结构，研制一维高精度、大行程位移定位系统。高电驱动器和低精度伺服驱动器由微机控制，负载滑块位移反馈()利用光栅编码器测试提供，实现了高精度定位的自动化。 对新型压电驱动器进行优化，采用双支架润滑结构降低导向杆与支撑底座之间的摩擦力。设计新颖的具有轨道结构的特定摩擦阻尼的X-Y平移台，设计二维定位驱动器组互驱推杆，利用互驱推杆、相邻正交滑轨，四个混合驱动器组在控制软件的操纵下驱动平移台在四个方向运动。实现二维高精度驱动定位及控制的集成。 根据新型压电驱动器的简化模型，建立压电驱动器的动态运动二阶微分方程，对其运动性能进行数值分析，采用ANSYS软件和自编软件对压电驱动器运动进行了模拟、仿真。 建立高分辨率光栅测试系统，对新型压电驱动器运动性能进行测试，对一维、二维高精度位移定位系统定位性能进行测试。随着驱动脉冲频率的变化，压电驱动器表现出两种运动模式：步进模式；连续模式。本论文研制的新型压电驱动器样机在驱动脉冲方波的脉冲宽度1ms时，驱动器的运动速度最快、位移行程最长、线性度好、单步位移大小与驱动脉冲幅度线性相关。压电驱动器的单步位移分辨率达到20nm，运行速度可达0.6mm/s，位移行程达30mm，驱动负载能力大于100g。位移定位系统可以实现高精度位移分辨率定位。 研制成功的新型压电驱动器结构简单，控制方便，位移分辨率高，具有较大的位移行程和负载能力。一维、二维高精度驱动定位及控制系统具有广泛的工业、科研应用前景。

目录

英文文摘

论文说明：上海交通大学学位论文答辩决议书

上海交通大学学位论文原创性声明及上海交通大学学位论文版权使用授权书

第一章绪论

第二章新型压电驱动器结构及定位系统结构设计

第三章新型压电驱动器驱动过程数值分析

第四章新型压电驱动器及一维定位系统性能测试

第五章二维高精度定位控制集成系统研制与测试

第六章总结

参考文献

致谢

攻读博士学位期间发表的论文