压电叠堆泵驱动的新型直线马达

提出一种利用压电叠堆泵驱动的新型直线马达(简称压电液压马达),介绍了其系统构成及工作原理,并进行了理论及试验研究。理论分析结果表明,压电液压马达的性能是由压电振子/泵腔/截止阀/液压缸的结构尺寸、负载及工作频率等多种要素共同决定的,只有当相关要素合理配置时才能实现压电液压马达的预期功能。在其他参数确定的情况下,当负载为其最大驱动力的二分之一时输出功率和能量最大。利用尺寸为4 mm×4 mm×80 mm的压电叠堆制作了腔体直径为30 mm的压电泵,并对其直接输送流体及驱动液压缸时的流量、压力及功率等性能进行了测试与对比分析。结果表明,采用直径为15 mm的液压缸时,压电液压马达的最大速度、推力及功率分别为12.5 mm/s3、2 N和93 mW。

腔高对压电液压驱动器性能的影响

为满足大行程、高输出力精密驱动及振动控制的需求,设计了压电叠堆隔膜泵驱动的压电液压驱动器并进行了试验.利用实际液体可压缩的特性,建立了压电液压驱动器理论分析模型,分析了液体体积模量以及压电泵腔高对其输出性能的影响规律.结果表明,其他结构参数确定时压电液压驱动器输出能力随液体体积模量的减小而降低,并存在最佳腔高使其输出能力最大.利用尺寸为4 mm×4 mm×80 mm的压电叠堆制作了泵腔直径30 mm、高度分别为0.3 mm、0.6 mm、0.8 mm、1.0 mm、1.3 mm的压电泵,用于驱动尺寸为20×100 mm3的液压缸.以水为工作介质,在电压150 V、频率60～400 Hz条件下测试了驱动器的输出速度及驱动力.工作频率为300 Hz时,腔高0.6 mm(最佳值)时的输出速度为13.2 mm/s,分别为腔高0.3 mm和1.3 mm时的1.1倍和2.28倍;工作频率为80Hz时,腔高0.3 mm(最小腔高)时的驱动力为105 N,是腔高1.3 mm时驱动力的2.3倍,说明选取合理的泵腔高度可有效提高驱动器的输出性能.

压电驱动液压放大式喷射系统

为了实现高速度高精度的非接触喷射式点胶,设计了一种压电驱动液压放大式喷射系统。该系统采用压电叠堆作为驱动源,基于液压放大原理放大压电叠堆的输出位移来实现胶液的喷射。对液压放大单元进行了理论分析,并结合压电叠堆的输出位移对液压放大单元进行了参数化设计;然后,利用激光测微仪分别测量了撞针和压电叠堆的位移,得到了液压放大单元在不同电压下的输出位移。最后,搭建了喷射系统实验平台,选用黏度为1 000cps的环氧树脂进行点胶性能测试,得到了驱动电压和高低电平时间对胶点体积的影响规律。实验显示,该喷射系统可稳定地实现每秒喷射143个胶点,胶点的体积误差可控制在±3.11%以内,是适用于电子封装行业的高效、高精度点胶方法。

前馈控制算法校正相移微动台非线性运动

压电陶瓷具有推力大,响应速度快,分辨率高和能耗低等优点,但其形变量小,所以需要位移放大机构对其形变量进行放大,实现长行程高分辨率位移。针对压电陶瓷作为驱动器,柔性铰链位移放大装置作为导向机构的相移微动台运动存在非线性问题,采用多项式模型对其位移特性进行建模,通过求解逆多项式获得使其线性运动非线性电压,利用实验对非线性运动校正结果进行验证。实验结果表明,所采用前馈控制算法可以很好的校正相移微动台非线性运动,校正后相移台在x,y方向产生的最大相移误差为4°与3.2°,满足高精度相移干涉测量对相移台相移误差要求。

压电液压马达的性能分析与测试

为满足大行程、高输出力精密驱动与控制的需求,提出一种压电叠堆隔膜泵驱动的压电液压马达,建立了理论模型并进行了仿真分析.给出了刚度匹配时最佳面积比及最佳负载的确定方法.设计制作了试验样机,测试了半径比对其性能的影响规律.在工作频率为280 Hz时,半径比为0.8马达的输出功率是半径比为0.53马达输出功率的4.43倍,这说明选取合理的结构参数可有效地提高马达性能.理论分析结果表明,负载一定时,存在最佳的结构参数(刚性顶块与泵腔的半径比、泵腔与液压缸面积比)使马达速度及功率最大、最佳面积比随半径比增加而减小.结构参数一定时,速度随负载增加而降低、存在最佳负载使输出功率最大,且最佳负载随面积比及半径比增加而降低.

橡胶压电堆隔振系统参数最优化反馈控制

为了减小振动对飞行器上仪器的影响,设计了一种橡胶和压电堆相结合的主被动一体化隔振器,提出了一种基于遗传算法并考虑系统稳定性的反馈参数优化方法,并对该系统的隔振效果进行实验验证。建立了该隔振器结构的动力学模型,通过实验对橡胶和压电堆进行参数识别。以系统的振动传递率为目标函数,考虑控制系统的稳定性,以稳定条件作为约束条件,应用遗传算法得到最优化的速度反馈控制参数。搭建实验平台并采用最优化的控制方法进行隔振控制实验。实验结果表明,主被动一体化隔振系统比单纯的被动隔振系统隔振效果好,而且在共振点附近减振效果最好。

压电堆式JG型复合隔振器结构设计与实验研究

复合式隔振器由剪切型橡胶隔振器与惯性式压电堆作动器组合而成,复合式隔振器结合主被动隔振器的优点,将主动构件与被动装置串联、并联,不仅可提高主动构件的稳定性,还能拓展被动隔振的有效频带。通过理论与实验方法对惯性式压电堆作动器的工作原理与动力学特性进行分析,利用所设计的压电堆式JG型复合式隔振器搭建双层隔振台架,采用滤波x-LMS自适应算法对台架进行主动控制。结果表明,在单频正弦激励下压电堆式JG型复合隔振器比单纯被动隔振装置具有更好隔振效果,80 Hz、90 Hz和110 Hz处隔振效果分别提高15 dB、16 dB和15 dB。

压电驱动菱形放大式胶体微喷系统的建模与实验

为实现微电子封装领域各类胶体的精确微量分配,设计了基于菱形放大机构放大压电致动器位移的微喷系统,利用集总参数法建立了该系统的等效电器模型,通过实验验证了模型和仿真结果的可靠性,分析了系统参数对胶滴体积和脱离效果的影响.实验和仿真表明:撞针位移在0.3~0.5mm时为有利于喷射胶滴的范围内;针对3Pa·s黏度的胶体,当驱动气压在0.15~0.32MPa时,喷射体积与驱动气压成正相关趋势;随着黏度的增大,相同条件下可获取的胶滴体积不断减小,需要的驱动力不断增大;对于特定黏度的胶体,在合适气压范围内,调控分配频率可实现对微喷体积的调节.