应用惯性冲击原理的非对称夹持式压电旋转驱动器的设计

针对目前压电驱动器主要使用非对称锯齿波电信号驱动压电晶体实现驱动的现状,采用对称电压信号驱动压电振子,设计了非对称夹持式压电旋转驱动器。用对称波电信号作用在压电双晶片振子上,产生正反两个方向大小不同的周期性惯性冲击力,驱动机构实现旋转位移。建立了压电旋转驱动器的动力学模型,分析了非对称夹持旋转驱动器实现大小不同惯性冲击力的原理以及压电旋转驱动器的运动过程。组成了压电旋转驱动器的测试系统,在不同电压幅值、频率的方波激励下,对压电旋转驱动器的平均步长进行了测试。结果表明:非对称夹持式压电旋转驱动器能实现较稳定的单向转动,最大行程为360°,最大承载能力超过300g,步长分辨率为5μrad,最大转动速度为4000μrad/s;驱动器样机在20V、2Hz的方波激励下,平均运动步长为12μrad,转动速度为24μrad/s。

压电双晶片型惯性冲击式旋转精密驱动器研究

研制了一种以自由端带有集中质量的悬臂式压电双晶片为驱动单元的新型惯性冲击式旋转精密驱动器。对自由端带有集中质量的悬臂式压电双晶片的动态特性进行了有限元法和实验分析,提出了压电双晶片型惯性冲击式精密驱动器特定的定频调压驱动方法。对压电双晶片型惯性冲击式旋转精密驱动器进行了性能测试,驱动器旋转行程为180°、旋转步长分辨力为1μrad、最大转速为0.2rad/min、最大扭矩为0.02Nm。该驱动器结构简单,特别是成本为传统惯性冲击式驱动器的1/100左右。

压电双晶片型二维惯性冲击式精密驱动器

研制了一种以自由端带有集中质量的悬臂式压电双晶片为驱动单元、具有移动和旋转二自由度的惯性冲击式精密驱动器。对压电双晶片的动态特性进行了有限元法分析和实验测试,提出了定频调压的控制方法,并对该精密驱动器进行了移动和旋转性能测试。测试结果表明:该驱动器具有结构简单、行程大、驱动力强、分辨率高等特点,而且其成本低于传统惯性冲击式驱动器的百分之一。

惯性冲击式运动原理的理论分析与仿真

利用拉格朗日方程建立基于惯性冲击式驱动原理的微小型机器人的动力学模型 ,对该模型进行求解与仿真 ;利用有限元分析方法对机器人机构进行模态分析与瞬态动力学分析。两种分析方法都考虑了双压电膜机构与电场的耦合关系 ,以及机器人的支撑与管壁之间的接触摩擦。通过对两种方法的分析结果对比 ,验证了惯性冲击式运动原理的正确性 ,以及该原理用于管内移动微小型机器人驱动是可行的。

磁致伸缩式惯性冲击电机驱动电源研究

针对磁致伸缩式惯性冲击电机(IDM)独特的电流驱动方式,设计了一种专用锯齿波驱动电路,电路采用级联式Buck电路结构,采用了锯齿波脉宽调制(PWM)方式对电路进行控制,可产生频率可调的锯齿波信号。对驱动电路的工作原理进行了详细分析,并给出了电路参数设计方法,最后研制了实验电路。实验结果表明,所研制的电源具有电流调节线性度高、响应速度快的优点,可满足磁致伸缩式IDM的驱动要求。

基于惯性冲击原理的变摩擦式微位移机构的运动特性

提出了利用正弦波信号驱动压电双晶片振子，应用惯性冲击力实现机构微小位移的技术方案，建立了机构运动的数学模型。设计了斜面结构，使正弦波作用产生的周期性惯性冲击力形成竖直作用于微位移驱动机构的分量，通过改变正压力调整摩擦阻力的大小，并推导了Qu〈QD〈Fx的微位移机构运动条件。对微位移机构的速度-频率、速度-电压和位移特性进行了试验，结果表明：变摩擦式微位移机构样机能实现较稳定的正向运动，电压一定且频率为30～38Hz时，运动速度随频率的增加而稳定增加；频率一定时，运动速度随电压增加而稳定增加；在35Hz、90V的正弦波激励下，样机平均步长达到2μm，速度达到1mm／s。

一种基于惯性冲击原理的亚微米粒子采样器研究

惯性冲击器是一种常用的粒子分离装置,广泛应用于气溶胶研究领域。为了收集环境空气中的微生物粒子,设计了一种基于惯性冲击原理的亚微米粒子采样器,其采样流量为3 L/min,理论切割粒径为0.45μm。利用流体力学分析软件Fluent对采样器内部流场和粒子运动轨迹进行了仿真,分析了关键参数对采样器收集效率的影响,并优化了设计参数。根据得到的优化参数制作了一个粒子采样器,实验表明,该采样器能够实现对环境空气中0.5μm以上的粒子高效率收集,满足实际检测要求。

旋转型压电惯性冲击马达的工作特性

为了研究惯性冲击机构中的旋转运动,设计了一台可调节预压力的旋转型压电惯性冲击马达。分析了该马达的运动原理及过程,研究了驱动信号、结构参数、压电元件等对马达运动特性的影响及规律。实验结果表明,该马达的转动速度与驱动信号的频率、电压成正比,与主体和配重的比值(M/m)成反比,转动速度随压电元件充放电时间增加而减小。研究还显示,旋转型惯性冲击马达的机械特性和正反转特性不同于电磁马达,该马达的转动速度-转矩特性为一折线,马达的正向转动速度始终大于反向速度。当驱动信号频率为1 100 Hz、电压为50 V、充电时间为70μs、M/m=8.9时,该马达的转动速度为1.75°/s,最大转矩为0.13 N.m。结果表明,旋转型惯性冲击马达是一个多变量系统,其运动性能受多种因素的控制。

惯性冲击式压电微电机的研究

惯性冲击式压电微电机是近年来出现的一种新型驱动装置。阐述了微电机的工作原理和运动过程,提出了几种机械结构的设计方法并进行了对比,对微电机模型进行了动力学分析,设计了相关的驱动电源并进行了实验。经验证,设计的微电机工作性能稳定,最大运动速度为150μm/s。

压电惯性驱动器惯性冲击力的分析与检测

由于惯性冲击力是压电惯性驱动器产生运动的关键,故本文探讨了方波激励下压电振子的惯性冲击力大小。推导了压电双晶片振子在方波激励下的冲击响应,分析了惯性冲击力的时域特性和幅频特性,分析得到方波激励下惯性冲击力信号频率主要集中在0-500Hz。采用加速度传感器初步测试了压电双晶片振子的加速度参数,测试结果与理论模型相近。结合压电双晶片振子的端部惯性质量计算得到惯性冲击力的数值,利用快速傅里叶算法获得了加速度参数的幅频特性。最后,采用摩擦学的方法对惯性冲击力的数值进行了验证,验证结果表明两种方法的最大相对误差为8.98%,表明加速度传感器测试惯性冲击力是可行的。

惯性冲击马达的建模与仿真

建立了惯性冲击马达的动力学模型,该模型考虑了摩擦的非线性。应用MATLAB/Simulink软件进行了仿真分析,得到了马达的位移曲线、平均速度-电压曲线和平均速度-频率曲线,最后设计了实验装置进行了验证。实验结果表明,惯性冲击马达的运动速度与驱动信号的幅度和频率基本上呈线性规律变化,与理论计算相比,仿真结果更接近马达的实际运动过程,因此所建立的模型可以用于预测惯性冲击马达的运动性能。

压电型惯性冲击机构的驱动波形分析

压电型惯性冲击式机构是利用压电元件的急速变形来产生连续运动位移的机构。它在精密驱动与定位领域有着重要应用。驱动电压波形是影响机构运动性能的重要因素。从运动学角度分析了驱动电压波形对运动步距的影响,提出了一种优化的驱动电压波形,并进行了压电叠堆型惯性冲击式管内移动机构的驱动试验,结果表明该优化波形比标准锯齿波形具有更好的驱动效果。

惯性冲击驱动管内移动机器人设计(英文)

设计了一种以压电双层膜为基本结构,通过惯性冲击原理达到运动驱动目的的管内移动机器人。该机器人主要由一个典型的压电双层膜结构和惯性质量串联构成。工作时,压电双层膜的变形由惯性冲击转化为整体结构的直线位移。从理论上分析了惯性冲击原理的核心问题:惯性冲击力与管壁和机器人之间摩擦力的关系,并通过MATLAB和AN-SYS等软件对整个系统的动态响应做了仿真。相关的验证表明,所设计的管内移动机器人运动步长可以达到0.15μm,具有精密运动和高效率的优点,可以在工业中广泛应用。

惯性冲击式压电精密定位装置的设计

为了实现对负载纳米级的精密定位,提出了一种利用压电材料作为驱动元件的三驱动足精密定位装置。设计了基于惯性冲击原理的精密定位装置的结构,介绍了其具体工作过程,并对驱动足的工作过程进行了理论分析。制作样机并搭建了实验系统,采用显微镜物镜进行了定位性能的测试。实验结果表明:在锯齿波电压信号的驱动下,通过改变驱动电压信号的占空比,该精密定位装置能够实现所夹持负载的双向直线运动,当电压值为80 V;电压频率为80 Hz时,该装置的位移分辨率可以达到100 nm的精度,且运行平稳,工作性能良好,步距均匀,可以实现所夹持负载纳米级的定位要求。

压电双晶片型惯性冲击式直线精密驱动器研究

研制了一种以自由端带有集中质量的悬臂式压电双晶片为驱动单元的新型惯性冲击式直线精密驱动器。对自由端带有集中质量的悬臂式压电双晶片的动态特性进行了有限元法(FEM)分析和实验研究,提出了压电双晶片型惯性冲击式精密驱动器特定的定频调压驱动方法。对压电双晶片型惯性冲击式直线精密驱动器进行了性能测试,测试表明该驱动器具有结构简单,行程大,驱动力强和分辨率高等特点,特别是其成本不足传统惯性冲击式驱动器的百分之一。

磁致伸缩惯性冲击电机建模与仿真

将磁致伸缩式惯性冲击电机的动力学模型与基于Jiles-Atherton模型的磁致伸缩材料非线性本构模型相结合,建立磁致伸缩惯性冲击电机的步长及速度预测模型。利用MATLAB/Simulink软件搭建仿真系统,通过仿真可得到惯性冲击电机的位移及速度。搭建实验系统对模型进行验证。仿真与实验结果表明,在驱动电流0.4～4A、驱动频率10～80 Hz的工作区间内,模型预测值与电机实际输出之间的误差不超过15%,能够对磁致伸缩惯性冲击电机的运动性能进行准确预测。

矩形喷嘴PM_(2.5)惯性冲击采样器的研制

惯性冲击器是最重要的颗粒物采样器之一,被广泛用于大气颗粒物的分级采样。设计了一种中流量的矩形喷嘴PM2.5惯性冲击采样器。根据Marple准则设计了冲击器的结构参数,用CFX软件进行了惯性冲击器内部气固两相流场的CFD模拟,得出了惯性冲击器的最优结构参数。根据得出的最优设计参数,进行了PM2.5惯性冲击器样机的结构设计,并在实验室用APS气溶胶空气动力学粒度仪进行了标定。实验标定和CFD数值模拟的结果基本吻合,当采样流量为100L/min,冲击器的切割粒径dp50=2.55μm,切割锐度σg=1.4,满足设计要求。

基于Buck电路的超磁致惯性冲击电机电流滞环控制

超磁致伸缩式惯性冲击电机需以电流的锯齿波信号进行驱动,其运动定位精度取决于驱动电源的控制精度。为提高驱动控制性能,提出了一种基于Buck变换器的滞环电流控制技术,并对控制原理和开关频率进行了分析和计算。为了进行验证,开发了一台300 W实验电源。结果证明,采用Buck电路结构的电流滞环控制方法,控制方式简单易实现,锯齿波电流跟踪控制效果较好,波形畸变小,能够提高超磁致伸缩式惯性冲击电机的运动定位精度。

新型旋转式压电惯性电机振子的冲击振动分析

新型旋转式压电惯性电机,是一种利用压电双晶片振子作为驱动元件,利用锯齿波作为激励电信号产生惯性冲击力的旋转电机。研究压电惯性电机振子在pzt元件激励下的冲击受迫响应。推导出了压电陶瓷片两端电压响应方程,以及压电振子梁的冲击受迫响应方程。分析了激励信号频率对振子梁端部响应的影响规律。同时,分析了不同激励信号占空比情况下振子梁端部响应变化规律,以及结构参数对电机驱动力矩的影响规律。分析了提高电机驱动力矩的有效途径。

超磁致伸缩式无缆惯性冲击驱动器的研究（英文）

现有的惯性冲击式（IDM）驱动器几乎都以堆叠式或双晶片式压电材料为驱动元件。压电式IDM具有诸多优势的同时,也存在有缆驱动、移动速度小、负载能力弱的不足。针对这一问题,提出采用Terfenol-D复合悬臂梁为驱动源,构出一种新型的惯性冲击无缆驱动器,可克服供电电缆的自重和振动对驱动器的精度产生的影响,结合有限元分析软件COMSOL Multiphysics对驱动器进行磁场分析和磁机耦合分析,并通过样机制作与实验测试,得出了驱动器的工作频率在5~45 Hz,工作电流在0~5 A,驱动器的最小步距380 nm。实验结果表明该驱动器在低频条件下,可满足稳定输出较大位移并精确可控的要求,为实现无缆驱动提供了一种新手段。