回转式压电微角度执行器驱动控制及检测系统的研究

摘要

微位移驱动技术是当今世界各国研究的热点问题，是纳米测量及加工技术中的关键技术之一。随着科学技术的发展，在电子、光学、生物、制造等众多技术领域中，迫切需要高精度、高分辨力、能够灵活控制的驱动控制及检测系统，用以直接进行有关工作或配合其它仪器设备完成高精度的研究和应用。正是这些需要，极大地促进了位移驱动定位技术的发展。在纳米技术的许多领域，迫切需要大行程高分辨力的驱动定位及检测系统，以实现高精度的定位。
　　 课题对角位移驱动定位技术进行了探索。在已有的回转式压电微角度执行器的基础上研究其驱动控制和角度检测技术，设计出一种多功能的驱动控制及检测系统，可以提供不同的波形、频率及幅值的驱动信号来控制压电执行器的运动，同时采用分立元件法研究出高精度、高稳定性的压电陶瓷驱动电源。
　　 压电微角度执行器运用了“推拉接力原理”和柔性铰链机构设计进行微位移运动，同时又集成了圆光栅作为角位移传感器检测运动角位移。驱动控制系统以DSP芯片为核心，输出频率、幅值和步数可调的波形，对执行器的运动进行驱动和定位。课题还设计出一个利用分立元件实现高压放大功能的压电陶瓷驱动电源，将DSP输出小电压信号进行无失真的放大，从而精确的驱动用于执行器运动的压电陶瓷。该电源具有输出电压稳定、线性度好、输出范围和驱动能力满足使用要求、静态纹波低等优点。
　　 在研究设计的基础上搭建出整个系统平台，制造出驱动电源样机并完成调试。对整个驱动控制和角位移检测系统进行测试得出整个系统具有较高的重复性测量精度。

目录

文摘

英文文摘

第一章 绪论

1.1 微位移驱动定位系统

1.1.1 微角位移执行器

1.1.2 压电微执行器驱动电源

1.1.3 微位移的控制与检测

1.2 微驱动定位系统的国内外发展现状

1.2.1 微驱动执行器国内外发展现状

1.2.2 压电执行器驱动电源国内外发展

1.2.3 微位移控制及检测技术的发展

1.3 本课题的主要研究内容和意义

第二章 回转式压电微角度执行器的工作原理和结构设计

2.1 压电微角度执行器运动原理

2.1.1 尺蠖运动原理

2.1.2 “推-拉”原理简述

2.1.3 回转式驱动原理

2.2 回转式压电微角度执行器结构原理

2.2.1 柔性铰链的研究

2.2.2 夹紧装置结构

2.2.3 驱动装置结构

2.2.4 圆光栅的选型和集成

2.2.5 回转式微角度执行器的总体结构

2.2.6 压电材料的选择

2.3 本章小结

第三章 回转式压电执行器驱动控制及检测系统的设计

3.1 压电微角度执行器控制及检测系统整体结构

3.2 压电微角度执行器驱动控制系统设计

3.2.1 驱动控制系统整体设计

3.2.2 DSP系统的硬件设计

3.2.3 方波转三角波电路的设计

3.3 压电微角度执行器角位移检测系统设计

3.3.1 RESM圆光栅工作原理及输出信号

3.3.2 检测系统总体结构

3.3.3 检测系统硬件电路设计

3.4 控制及检测系统软件设计

3.4.1 驱动控制系统软件设计

3.4.2 检测系统软件设计

3.5 本章小结

第四章 压电陶瓷直流驱动电源的设计

4.1 电源驱动压电陶瓷的作用原理

4.2 压电陶瓷电源的设计要求

4.3 压电陶瓷驱动电源类型

4.4 压电陶瓷驱动电源设计

4.4.1 总体设计

4.4.2 前级稳压电路的设计

4.4.3 线性放大电路设计

4.4.4 防噪声干扰设计

4.5 压电陶瓷驱动电源性能测试

4.6 本章小结

第五章 系统性能测试实验和结果分析

5.1 实验装置介绍

5.2 实验及数据处理

5.2.1 压电陶瓷致动器随电压变化伸缩实验

5.2.2 压电微执行器检测电路波形测试实验

5.2.3 压电微执行器角位移检测实验

5.2.4 固定电源频率时运动角位移随电源电压变化实验

5.2.5 固定电源电压时运动角位移随电源频率变化实验

5.2.6 压电微执行器最小步距实验

5.2.7 微执行器运动重复性实验

5.2.8 非线性测试实验

5.3 本章小结

第六章 总结与展望

参考文献

发表论文和参加科研情况说明

致谢