基于压电陶瓷微位移执行器的精密定位技术研究

阐述了压电陶瓷微位移执行器的驱动原理,介绍了执行器的性能与应用情况;利用自行设计的输出特性测试系统,对WTYD0808042压电陶瓷微位移执行器进行了相关实验研究,分析了执行器的非线性和迟滞特性;采用Duhem算子建立了压电执行器的迟滞模型,利用建立的Duhem模型作为PID反馈控制的前馈环节进行闭环精密定位控制的研究。实验结果表明:该模型能够有效降低非线性和迟滞特性对压电执行器位移输出精度的影响,提高执行器的动态响应特性。

梯度功能压电陶瓷执行器的制备及其微位移特性

研究了ｘＰｂ（Ｎｉ＿（１／３）Ｎｂ＿（２／３））Ｏ＿３－（１－ｘ）Ｐｂ（Ｚｒ＿δＴｉ（１－δ））Ｏ＿３（０．２≤ｘ≤０．６，０．２≤δ≤０．５）三元系固溶体的介电和压电性能．采用粉末冶金法制备了Ｐｂ（Ｎｉ＿（１／３）Ｎｂ＿（２／３））Ｏ＿（３－）ＰｂＺｒＯ＿３－ＰｂＴｉＯ＿３（ＰＮＮ－ＰＺ－ＰＩ）系梯度压电功能材料（ＦＧＭ），研制了一种新型的ＦＧＭ压陶瓷执行器，它有三层材料构成：压电陶瓷层，中间夹层（组分梯度变化）和高介电层，其弯曲位移特性的研究结果表明在工作电压为１０００Ｖ时，室温执行器自由端的弯曲位移约为２０μｍ（执行器的尺为ｌ×ｗ×ｔ：２０×８×０．７ｍｍ３）．利用ＳＥＭ和ＥＤＡＸ分析手段，对执行器横断面的结晶形貌及组分分布进行了研究。

压电陶瓷执行器迟滞与非线性成因分析

从微观上系统分析了电致伸缩效应、逆压电效应和铁电效应的位移机理 ,表明 :三种效应的位移机理是根本不同的 ;压电陶瓷执行器的位移主要是由逆压电效应、铁电效应所引起的 ,电致伸缩效应对位移的贡献极其微弱 ,可以忽略不计 ;单纯的逆压电效应是线性的 ,而铁电效应则是迟滞非线性的。指出了非 180°电畴转向与转向的不完全可逆 ,分别是造成压电陶瓷执行器非线性和迟滞的根本原因。通过实验研究了驱动电压幅值、驱动电压频率、驱动循环次数及晶片厚度对压电陶瓷执行器迟滞和非线性的影响。

压电陶瓷微位移器件控制模型的研究

从不同角度介绍了压电陶瓷微位移器件的两种控制模型。首先,借助于统计物理学分析,结合数学建模方法,建立了一个简单实用的压电陶瓷的迟滞数学模型。其次,借助于弹性体变形理论,介绍了压电/电致伸缩陶瓷的归一化控制模型,从理论上说明了采用电极化强度的方法可以有效减小迟滞的观点。并设计了两种实验系统,对两种控制模型进行了实验验证,实验结果表明,所建立的两种模型可有效减小压电陶瓷的迟滞非线性误差,提高压电陶瓷微位移的控制精度,有助于实现压电陶瓷驱动器的高精度开环微位移控制。

PZT系多层片式压电陶瓷微驱动器位移性能研究

采用陶瓷坯膜流延成型和陶瓷坯膜／金属内电极共烧技术，制作了多层片式高含铅PZT软性压电陶瓷微驱动器．该器件具有体积小、工作电压低、位移量大（38V，105μm）的特点．本文对制作的多层片式器件在直流和单向交流工作电压的作用下产生的静态和动态位移特性，从PZT压电陶瓷材料的晶体和电畴结构特点进行了分析和研究．

压电陶瓷微位移器件迟滞模型的研究

在通过统计物理学角度分析压电陶瓷迟滞规律的基础上,结合数学建模方法,提出了一种简单实用的压电陶瓷迟滞数学模型。并设计了压电陶瓷实验控制系统,对迟滞数学模型进行了验证,实验结果表明,此模型可以有效减小压电陶瓷的迟滞非线性误差,提高压电陶瓷微位移的控制精度,本研究有助于实现基于压电陶瓷的高精度开环微位移控制。

压电陶瓷微位移驱动技术研究

精密异形非圆回转曲面的加工是精密加工中很重要的内容,微位移驱动技术是其中的关键技术。目前,微位移驱动元件种类很多,从控制精度和可操作性分析,压电陶瓷驱动有其独特的优点,但它的输出位移小,而且对于一定的驱动电源,输出幅度与输出频率负相关,这在很大程度上制约了它在高频响较大幅度位移输出场合的应用。为此首先对压电陶瓷的静、动态驱动特性进行了分析,并就特定 PZT(Piezoelectric translator)进行了试验,在此基础上说明了该类微位移驱动有效的加工范围和改善其输出特性的措施,并提出了一种在较高频率下输出较大位移的方法,通过对系统进行数学建模进行了分析讨论,指出了其应用前景。

逆压电效应的压电常数和压电陶瓷微位移驱动器

本文介绍了由过压电效应的应变-电场曲线测得弱场和强场下的压电常数d_33、d_31．测量发现S～E曲线上呈现应变和压电系数突增的阈值场强E_b，用铁电陶瓷固有的90°畴转向对应变的贡献进行了分析和讨论．该方法与以往常用的正压电效应的压电常数测试相比，方便、简单，尤其对过压电效应的压电微位移驱动器应用更具有实际意义．

压电陶瓷微位移特性的电脑接触式干涉测量法

介绍了压电陶瓷微位移器的工作原理，在此基础上提出了一种用由立式接触式干涉仪改造的电脑接触式干涉仪测量微位移特性的方法。其完善的测试软件系统，实现了对压电陶瓷微位移量的自动化、智能化精密测量。并对自行设计的压电陶瓷微位移装置进行了测试，得出电压－位移的关系曲线和迟滞曲线，精度和重复性值达０．０１μｍ。

纳米级压电陶瓷微位移系统的研究

介绍了一种用于纳米磨削的新型微位移系统 ,该系统由压电陶瓷微位移工作台和计算机控制的专用驱动电源组成 ,系统精度与压电陶瓷致动器和控制系统密切相关 .阐述了以压电陶瓷致动器为核心的微位移工作台和驱动电源的设计原理和设计特点 。

WTYD型压电陶瓷微位移器的迟滞特性建模与实验验证

为了模拟WTYD型压电陶瓷微位移器的输出位移与驱动电压之间的迟滞曲线,通过采用Bouc-Wen模型模拟迟滞分量,提出了一种表征WTYD型压电陶瓷微位移器的输出位移与驱动电压之间迟滞关系的Bouc-Wen模型并建立了相应的参数辨识方法。为了验证Bouc-Wen模型及其相应的参数辨识方法的有效性,建立了相应的实验装置并对模型进行了实验验证。研究结果表明,Bouc-Wen模型的最大绝对误差为3.78μm,最大相对误差为5.79%,表明Bouc-Wen模型及相应的参数辨识方法能较好地模拟WTYD型压电陶瓷微位移器的迟滞特性。

压电陶瓷微位移驱动技术的研究

精密异形非圆回转曲面的加工是精密加工中很重要的内容 ,微位移驱动技术是其中的关键技术。压电陶瓷驱动控制精度高、可操作性强 ,但它的输出位移小 ,而且对于一定的驱动电源 ,输出幅度与输出频率负相关 ,制约了它在高频响、较大幅度位移输出场合中的应用。文章首先对压电陶瓷的静、动态驱动特性进行了分析 ,并就特定PZT(PiezoelectricTranslator)进行了实验 ,在此基础上提出了该类微位移驱动有效的加工范围和改善其输出特性的措施 。

压电陶瓷式执行器的动态特性的改善研究

针对压电陶瓷微位移执行器动态响应速度慢的问题进行了研究，提出用数字ＰＩＤ方法加以解决，并研制出一套实用控制系统。其中，研制出一种可微机控制的精密高压调节器，与单片机数字系统相配合，形成一个完整的、数字－模拟电路结合的控制系统，用以实现压电陶瓷微位移器动态性能的改善。实验表明，该控制系统简单、可靠、实用，所提出的ＰＩＤ方法对压电陶瓷微位移执行器的动态特性有明显的改善。

一种闭环控制的压电陶瓷微位移器驱动电源

介绍了压电陶瓷微位移器驱动电源的闭环反馈控制驱动系统的组成和工作原理,并对控制器的硬件系统构成进行了说明。软件采用模块化设计,可根据实际工作场合通过软件设定为开环控制和闭环控制。在数字控制算法d(t)和可控输出稳压电压源的设计上有所突破。通过合理地设计软件算法d(t)来补偿电致伸缩陶瓷h(t)特性上的缺陷。

压电陶瓷装置微位移的光学测量与控制技术

微位移装置是指在外力或者电场、磁场等作用下,直接或间接由微结构杠杆放大产生精密微量移动,实现精密定位的装置,例如采用压电陶瓷的逆压电效应、由电压控制产生微位移蠕动。以干涉仪中移相器为典型微位移装置代表,总结多年来科研工作中对微位移装置伸长量的测量与在线标定方法,实现了干涉仪中步长为λ/8(λ=632.8 nm)的准确移相;通过研究基于电容器件的位移反馈,实现了分辨率优于10 nm的精密定位。

压电陶瓷微位移器及其驱动电源的研制

针对相移干涉测量系统中微位移的要求,研制了一种新型压电陶瓷微位移器及其驱动电源,该驱动电源采用集成功率运算放大器配合外围器件组成直流放大式结构,能够有效解决输出电压的非线性问题,减少自激现象,提高系统的稳定性。对研制的压电陶瓷微位移器进行了实验标定。经测试,研制的驱动电源具有驱动能力强、线性度好、重复性好等特点。干涉实验验证了研制的压电陶瓷微位移器性能的可靠性和位移的精确性。

压电陶瓷微位移器的非线性修正

针对压电陶瓷微位移器的非线性问题进行了深入的研究，提出了使用该方法可以将压电陶瓷微位器的非线性度从２５％降到４％，这是一种简单、方便、可靠、成本低的非线性补偿方法．文中对压电陶瓷微位移器的非线性机理做了深入的研究，并给出了一个基于ＩＢＭ４８６计算机与ＭＣＳ９８单片机以及测试试验台组成的一个完整的试验系统．

一种单片机控制的压电陶瓷微位移器的驱动电路设计

介绍了一种利用AT89C51单片机开关控制压电陶瓷微位移器位移的方法,通过单片机的定时器,在安全的TTL电平下实现对压电陶瓷应变片的高压开关控制。该功能是通过选择合适的耐压场效应管实现的,综合开关速率、耐压性、关断电流等方面的因素,采用的场效应管是IRF610型。作出对压电器件、场效应管的选择以及压电陶瓷应变片的单片机驱动电路的设计,并给出了该系统的控制程序。最后对系统进行了仿真实验,仿真结果表明:驱动电压增大,输出位移量也增大,在驱动电压140～200V时,电压增大和减小2个方向测量得到的位移-电压曲线不是重合的,这表明了压电陶瓷的测量迟滞性,驱动电压在150～190V时,函数的线性度最好,两者的迟滞性误差也最小,据此我们可以选择驱动电压范围为150～190V。

压电陶瓷微位移器的实验研究

介绍了压电陶瓷微位移器的动、静态特性及其测量方法和实际测量系统。实验研究了逆压电效应型和电致伸缩型两种压电材料所构成的微位移器的性能。逆压电效应型微位移器位移线性度为０．１１％，重复精度±０．０１μｍ，电压－位移灵敏度约为１μｍ／１００Ｖ。在２００Ｈｚ频段内，幅频特性平直，相频曲线呈线性，相位滞后量小于２５°；电致伸缩型微位移器的电压－位移呈非线性，所以位移量较大，对应电压５００Ｖ时，位移约为１２μｍ。微位移功能逆压电效应型适用于线性度要求较高的精密控制场合；

压电陶瓷微位移驱动器在FY—3卫星G型辐射制冷器上的应用

压电陶瓷微位移驱动器是利用逆压电效应来实现电控位移并产生驱动力的一种新型微位移器件。FY—3气象卫星有效载荷中分辨率光谱成像仪(MERSI)采用大冷量G型辐射制冷器冷却碲镉汞(HgCdTe)红外探测器,即长波红外和短波红外线列探测器,分别安装在辐射制冷器二级和一级上。在对G型辐射制冷器的后光路校核过程中,根据传递函数(MTF)值确定其相对于红外探测器组件的最终位置。压电陶瓷微位移驱动器作为真空和低温下红外透镜组件的驱动工具。