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离散化正弦电压作用下的压电驱动器蠕变特性 被引量:4
1
作者 赵学良 张承进 +2 位作者 顾建军 刘红波 李康 《光学精密工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2014年第4期942-948,共7页
研究了具有不同离散化台阶的正弦电压对压电陶瓷驱动器蠕变大小以及蠕变起始时间的影响,采用新的数学模型分析了低频下压电陶瓷驱动器的蠕变特性。首先,对0.025Hz/0V^60V正弦电压输入信号进行了5种倍数关系的离散化,分析了蠕变与输入电... 研究了具有不同离散化台阶的正弦电压对压电陶瓷驱动器蠕变大小以及蠕变起始时间的影响,采用新的数学模型分析了低频下压电陶瓷驱动器的蠕变特性。首先,对0.025Hz/0V^60V正弦电压输入信号进行了5种倍数关系的离散化,分析了蠕变与输入电压的关系以及蠕变与输入台阶电压压差的关系。然后,按照提出的数学模型,在符合文中所述两种准则前提下,对蠕变起始时间进行了预测。实验结果表明,上升段蠕变变化范围最大出现在台阶电压等于47.7V时,而下降段蠕变变化范围最大出现在台阶电压等于12.3V;相比于20个台阶,320个台阶对应的上升段最大蠕变增长量下降了899.5%,而在下降段最大蠕变的这一比值增大到了936.9%。使用所提公式对蠕变起始时间进行预测,得到当台阶电压为12.3V时,20、40、80、160、320个台阶的蠕变起始时间分别在0.959、0.911、0.813、0.664和0.016ms以后。蠕变与输入电压以及蠕变与输入台阶电压差值都是迟滞关系,并且台阶蠕变随着台阶数量的增加而减小。不同离散化的电压信号改变了蠕变的起始时间,台阶电压数量越多,蠕变起始时间越早。 展开更多
关键词 压电驱动器 蠕变 台阶电压 起始时间
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柔性铰链的应用 被引量:57
2
作者 吴鹰飞 周兆英 《中国机械工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2002年第18期1615-1618,共4页
柔性铰链以其特殊的性能在精密机械、精密测量、微米技术和纳米技术等领域得到广泛应用。通过对柔性铰链在支撑结构、联接结构、调整机构和测量仪器中的应用 ,以及柔性铰链与压电致动结合实现超精密位移和定位的典型例子 。
关键词 柔性铰链 精密机械 精密测量 微米技术 纳米技术 压电致动器
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压电陶瓷驱动器杠杆式柔性铰链机构放大率计算方法 被引量:20
3
作者 沈剑英 张海军 赵云 《农业机械学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2013年第9期267-271,共5页
在精密微位移领域,杠杆式柔性铰链机构常被用来放大压电陶瓷驱动器产生的微小位移。在考虑柔性铰链转动中心偏移量的基础上,推导出杠杆式柔性铰链机构放大率计算公式,并采用有限元分析和实验测试进行验证。通过公式计算、有限元仿真分... 在精密微位移领域,杠杆式柔性铰链机构常被用来放大压电陶瓷驱动器产生的微小位移。在考虑柔性铰链转动中心偏移量的基础上,推导出杠杆式柔性铰链机构放大率计算公式,并采用有限元分析和实验测试进行验证。通过公式计算、有限元仿真分析和实验测试得到的放大率分别为8.31、8.38和8.20,有限元仿真值和公式计算值之间的误差为1%,实验测试值和公式计算值之间的误差为1.3%,证明了计算公式的正确性。 展开更多
关键词 压电陶瓷驱动器 杠杆式柔性铰链机构 放大率
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压电陶瓷驱动平台自适应输出反馈控制 被引量:13
4
作者 张利军 杨立新 +1 位作者 郭立东 孙立宁 《自动化学报》 EI CSCD 北大核心 2012年第9期1550-1556,共7页
压电陶瓷驱动平台的精度和动态特性主要取决于所设计的控制器是否可以有效地补偿压电陶瓷固有的迟滞特性.针对这一问题,提出了一种基于神经网络(Neural network,NN)的自适应输出反馈控制策略.为了避免压电陶瓷速度测量噪声的影响,采用... 压电陶瓷驱动平台的精度和动态特性主要取决于所设计的控制器是否可以有效地补偿压电陶瓷固有的迟滞特性.针对这一问题,提出了一种基于神经网络(Neural network,NN)的自适应输出反馈控制策略.为了避免压电陶瓷速度测量噪声的影响,采用高增益观测器对压电陶瓷平台的速度状态进行估计;为了克服压电陶瓷的迟滞非线性特征,采用神经网络动态补偿策略;针对神经网络逼近误差和观测器估计误差,控制器设计中增加了鲁棒控制项.最后应用Lyapunov稳定性理论证明了所提出的控制器的收敛性问题.仿真实验表明了所提控制方法的有效性. 展开更多
关键词 输出反馈控制 压电陶瓷驱动平台 自适应控制 神经网络
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压电谐波电机的研究 被引量:14
5
作者 辛洪兵 郑伟智 《压电与声光》 CSCD 北大核心 2004年第2期122-125,共4页
压电谐波电机是利用固定的压电驱动器及其位移放大机构作为谐波齿轮传动的波发生器,通过对压电元件的变形形状进行周期性控制,经过位移放大器进行位移放大,使柔轮产生周期性变形。只要使压电波发生器与柔轮接触的各离散点,按给定的柔轮... 压电谐波电机是利用固定的压电驱动器及其位移放大机构作为谐波齿轮传动的波发生器,通过对压电元件的变形形状进行周期性控制,经过位移放大器进行位移放大,使柔轮产生周期性变形。只要使压电波发生器与柔轮接触的各离散点,按给定的柔轮变形规律进行变形,且驱动器的数目以及结构等参数满足连续啮合传动的要求,便可得到低转速的输出,它是一种基于谐波传动原理的新型步进电机。分析了压电波发生器结构以及控制系统的设计。它具有低速输出,功率密度大,结构简单,尺寸小,容易微型化,转动惯量小,定位精度高、效率高和噪音低等特点。 展开更多
关键词 压电谐波电机 谐波传动 压电驱动器 微位移放大机构
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压电驱动柔性铰链机构传动实现超精密定位 被引量:8
6
作者 吴鹰飞 周兆英 《机械强度》 CAS CSCD 北大核心 2002年第2期157-160,共4页
简单介绍压电元件和柔性铰链的概念与特点。列举压电元件与柔性铰链机构结合实现超精密定位的典型例子 ,包括超精密测量、超精密加工、光学自动聚焦和大行程超精密定位。为使超精密定位工作台的结构紧凑 ,提出单驱动多自由度运动机构。... 简单介绍压电元件和柔性铰链的概念与特点。列举压电元件与柔性铰链机构结合实现超精密定位的典型例子 ,包括超精密测量、超精密加工、光学自动聚焦和大行程超精密定位。为使超精密定位工作台的结构紧凑 ,提出单驱动多自由度运动机构。应用蠕动式的运动原理可合成机构上的多自由度运动 ,并实现大行程运动。设计了对称结构的柔性铰链机构实现导向功能。 展开更多
关键词 压电元件 柔性铰链 超精密定位
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压电陶瓷应用研究进展 被引量:21
7
作者 程院莲 鲍鸿 +1 位作者 李军 李小亚 《中国测试技术》 2005年第2期12-14,共3页
阐述了压电陶瓷在振子、换能器及光电等方面的应用及近年来所取得的最新成果;
关键词 压电陶瓷 超声换能器 压电驱动器
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扫描探针显微镜的控制技术综述 被引量:4
8
作者 彭超 徐红兵 张健 《控制理论与应用》 EI CAS CSCD 北大核心 2011年第3期285-293,共9页
扫描探针显微镜(SPM)具有高精度成像、纳米操纵等功能,是纳米科技、生命科学、材料科学和微电子等科学研究的重要工具.随着科学技术的发展,科学家和工程师们对科研工具SPM的性能也提出越来越高的要求.SPM控制技术作为提高SPM性能的关键... 扫描探针显微镜(SPM)具有高精度成像、纳米操纵等功能,是纳米科技、生命科学、材料科学和微电子等科学研究的重要工具.随着科学技术的发展,科学家和工程师们对科研工具SPM的性能也提出越来越高的要求.SPM控制技术作为提高SPM性能的关键技术之一,已经得到广泛的关注和研究.本文首先介绍SPM系统以及两种常用的SPM,讨论SPM扫描器(即压电驱动器)的特性及其数学模型;然后详细总结了SPM水平方向和竖直方向的控制技术,并且对扫描探针显微镜多输入多输出(SPM MIMO)控制技术进行了探讨;最后总结了SPM控制技术研究现状及其所面临的问题. 展开更多
关键词 扫描探针显微镜 压电驱动器 迟滞 迭代学习控制 二自由度(2DOF)控制
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压电驱动器在精密机械中的应用 被引量:6
9
作者 郑伟智 辛洪兵 《机械工程师》 2003年第3期53-55,共3页
介绍了压电驱动器的工作原理、特点及其位移性能。分别描述了压电驱动器在超精密测量、超精密定位、超精密加工及微型机械等方面的应用,并给出了具体的应用实例。
关键词 压电驱动器 精密机械 精密加工 微型机械系统
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新型柔性铰链在微型机器人中的应用
10
作者 王姝歆 颜景平 周建华 《制造业自动化》 2004年第3期58-61,共4页
柔性铰链以其特殊性能在微型机器人中得到广泛应用。本文介绍了新型柔性铰链在微型机器人中的应用,并在此基础上重点对新型柔性铰链的机械特性,以折叠技术为主的加工工艺,以及与压电技术相结合的驱动方法进行了探讨。
关键词 微型机器人 柔性铰链 压电驱动 折叠技术 加工工艺
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压电谐波电机承载能力的研究
11
作者 辛洪兵 《压电与声光》 CSCD 北大核心 2006年第3期282-284,共3页
以保证柔轮与刚轮的正常啮合为条件,引入计算径向变形量系数,设计径向变形量系数以及允许位移损失系数,通过确定位移放大机构输出端允许位移损失量或柔轮的实际径向变形量,计算压电谐波电机承载能力。建立了压电谐波电机承载能力的设计... 以保证柔轮与刚轮的正常啮合为条件,引入计算径向变形量系数,设计径向变形量系数以及允许位移损失系数,通过确定位移放大机构输出端允许位移损失量或柔轮的实际径向变形量,计算压电谐波电机承载能力。建立了压电谐波电机承载能力的设计准则,是包括压电驱动器驱动能力选择以及其他结构尺寸设计与校核的主要依据。其输出扭矩与压电驱动器与位移放大机构的刚度成正比,与柔轮变形力、轮齿啮合角以及摩擦系数成反比。克服了基于压电驱动器最大驱动能力建立压电谐波电机输出扭矩方法的缺陷。该模型也可用于采用超磁致伸缩等其他驱动器的谐波电机承载能力的计算。设计计算表明,相对于一般原动机,压电谐波电机能提供较大的输出扭矩。 展开更多
关键词 压电谐波电机 压电驱动器 承载能力 设计准则
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电压和压力载荷下圆形薄膜压电驱动器形变分析
12
作者 胡院林 王文 《上海交通大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2018年第8期883-890,共8页
薄膜压电驱动器驱动均匀气体压力载荷时具有不同的形变特征.根据基尔霍夫薄板原理,采用最小能量法和里兹法建立了圆形薄膜压电驱动器耦合均匀压力载荷条件下的静态形变模型.分别在电压驱动、压力驱动以及电压与压力共同驱动条件下,实验... 薄膜压电驱动器驱动均匀气体压力载荷时具有不同的形变特征.根据基尔霍夫薄板原理,采用最小能量法和里兹法建立了圆形薄膜压电驱动器耦合均匀压力载荷条件下的静态形变模型.分别在电压驱动、压力驱动以及电压与压力共同驱动条件下,实验测试了驱动器的形变特征,并与计算模型对比,发现最大相对误差在9.3%以内,验证了模型的可靠性.基于建立的形变模型,分别讨论了驱动器压电层与弹性基层的半径比和厚度比对驱动器形变的影响,分析了均匀压力载荷条件下驱动器的形变特性.结果表明,薄膜压电驱动器存在最佳的半径比和最佳的厚度比,并且在均匀压力载荷下,驱动器半径比低于0.71时会明显导致驱动器的边缘处出现反向形变,不利于驱动. 展开更多
关键词 薄膜压电驱动器 均匀压力 最小能量法 里兹法 微机电系统
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输入受限的压电陶瓷驱动平台预设性能控制 被引量:3
13
作者 乔继红 魏伟 周艳杰 《信息与控制》 CSCD 北大核心 2017年第5期601-605,613,共6页
针对压电陶瓷驱动平台中存在迟滞非线性和输入饱和的问题,提出一种预设性能的反演控制方法.通过神经网络逼近系统中的迟滞非线性部分并实现输入受限的有效补偿.通过预设性能函数和误差转换函数建立系统等效误差模型,并使用泰勒多项式表... 针对压电陶瓷驱动平台中存在迟滞非线性和输入饱和的问题,提出一种预设性能的反演控制方法.通过神经网络逼近系统中的迟滞非线性部分并实现输入受限的有效补偿.通过预设性能函数和误差转换函数建立系统等效误差模型,并使用泰勒多项式表示新的等效误差以避免常规预设性能函数出现奇异值的问题.整个系统通过反演法逐步进行预设性能控制器设计.利用李亚普诺夫稳定理论证明整个闭环系统的信号是一致最终有界的,且输出误差限定在预先设定的范围内.仿真结果表明方法的有效性. 展开更多
关键词 预设性能 压电陶瓷驱动平台 泰勒多项式 输入受限 反演法
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圆形压电振膜静态位移模型及参数优化分析 被引量:1
14
作者 梁鑫 胡院林 王文 《机械工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2018年第10期1-9,共9页
结合薄膜变形原理和压电本构方程,在电压激励条件下,对弹性压电薄膜驱动器进行受力分析,建立压电驱动器横向位移计算模型。在文献提供的几何参数和材料物理参数的基础上,对比理论,文献试验以及模拟仿真的结果,偏差不超过10%,验证理论模... 结合薄膜变形原理和压电本构方程,在电压激励条件下,对弹性压电薄膜驱动器进行受力分析,建立压电驱动器横向位移计算模型。在文献提供的几何参数和材料物理参数的基础上,对比理论,文献试验以及模拟仿真的结果,偏差不超过10%,验证理论模型可行。并通过试验测试,进一步分析模型计算结果的准确性,结果表明理论计算与试验数据最大误差在7%以内。基于建立的数学模型,分析不同电压、不同半径比以及不同压电厚度和弹性膜厚度对圆形压电驱动器横向位移的影响。结果表明:圆形压电驱动器中心的横向位移随电压线性变化;在压电驱动器厚度和材料物理参数一定时,压电层与弹性层半径比为0.75时,压电驱动器中心横向位移最大;当电压、材料物理参数以及压电驱动器半径比固定的条件下,分析压电厚度和弹性膜厚度对圆形压电驱动器横向位移影响机理,在压电驱动器总厚度一定条件下,得到最优的压电厚度占总厚度的比值。通过分析不同几何参数对压电驱动器横向位移的影响,指导和优化压电驱动器的结构设计。 展开更多
关键词 力学分析 薄膜压电驱动器 压电效应 参数优化
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Topology optimization of piezoelectric bi-material actuators with velocity feedback control 被引量:1
15
作者 Mariana MORETTI Emilio C.N.SILVA 《Frontiers of Mechanical Engineering》 SCIE CSCD 2019年第2期190-200,共11页
In recent years,the new technologies and discoveries on manufacturing materials have encouraged researchers to investigate the appearance of material properties that are not naturally available.Materials featuring a s... In recent years,the new technologies and discoveries on manufacturing materials have encouraged researchers to investigate the appearance of material properties that are not naturally available.Materials featuring a specific stiffness,or structures that combine non-structural and stmctural functions are applied in the aerospace,electronics and medical industry fields.Particularly,structures designed for dynamic actuation with reduced vibration response are the focus of this work.The bi-material and multifunctional concepts are considered for the design of a controlled piezoelectric actuator with vibration suppression by means of the topology optimization method(TOM).The bi-material piezoelectric actuator(BPEA)has its metallic host layer designed by the TOM,which defines the structural function,and the electric function is given by two piezo-ceramic layers that act as a sensor and an actuator coupled with a constant gain active velocity feedback control(AVFC).The AVFC,provided by the piezoelectric layers,affects the structural damping of the system through the velocity state variables readings in time domain.The dynamic equation analyzed throughout the optimization procedure is fully elaborated and implemented.The dynamic response for the rectangular fbur-noded finite element analysis is obtained by the Newmark's time-integration method,which is applied to the physical and the adjoint systems,given that the adjoint formulation is needed for the sensitivity analysis.A gradient-based optimization method is applied to minimize the displacement energy output measured at a predefined degree-of-freedom of the BPEA when a transient mechanical load is applied.Results are obtained for different control gain values to evaluate their influence on the final topology. 展开更多
关键词 TOPOLOGY optimization method BI-MATERIAL piezoactuator active VELOCITY feedback control timedomain transient analysis HOST structure design vibration suppression
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