基于积分器的压电陶瓷自感知执行器研究

拟用压电陶瓷执行器自感知位移,省去外部传感器．从基本压电方程出发,推导出压电陶瓷执行器晶片上自由电荷中包含的执行器位移信息,进而提出了一种基于积分器电路的压电陶瓷执行器位移自感知方法．对压电陶瓷叠堆执行器设计了电压驱动电路,同时设计了获取自由电荷的积分器电路．基于此复合电路,执行器在执行的同时,可以感知其自身的位移．该方法使得自感知电路的调节和感知信号的获取变得容易,克服了电桥法自感知电路阻抗不易匹配的不足．实验结果表明,在不同的驱动电压波形、不同的驱动电压频率下,基于积分器的压电陶瓷自感知执行器均能够很好地获取执行器的位移信号．     

一种柔顺5杆机构的运动原理分析

利用柔顺结构和压电叠层元件的优点,在分析常见柔顺机构的基础上,提出一种压电驱动的柔顺5杆机构。研究该机构各部件的位移输出特性,得到5杆机构顶端的椭圆运动轨迹方程;通过搭建振动位移测试系统,测得该5杆机构顶端的振动位移曲线,验证该柔顺5杆机构可用于精密位移致动器的设计。     

压电陶瓷驱动的谐综合运动电子凸轮的试验研究

利用双悬臂梁式压电陶瓷驱动器作为主动件,与混频信号发生器、压电陶瓷功率放大器、激光位移传感器组合成电子凸轮系统.由信号发生器产生设定的包含多个特定频率分量的混频电压信号,经功率放大器放大后作用于压电陶瓷驱动器上,使其发生设定的谐综合特性的运动输出.试验结果表明,压电陶瓷驱动器的运动输出很好地实现了谐综合的特性.     

压电陶瓷驱动的谐综合运动电子凸轮的试验研究

利用双悬臂梁式压电陶瓷驱动器作为主动件,与混频信号发生器、压电陶瓷功率放大器、激光位移传感器组合成电子凸轮系统.由信号发生器产生设定的包含多个特定频率分量的混频电压信号,经功率放大器放大后作用于压电陶瓷驱动器上,使其发生设定的谐综合特性的运动输出.试验结果表明,压电陶瓷驱动器的运动输出很好地实现了谐综合的特性.     

压电执行器位移自感知方法研究

在压电执行器闭环控制系统中,需要位移传感器提供位移反馈量．为了省略位移传感器,提出一种利用电子电路使压电执行器自感知其自身位移的方法．根据压电电荷几乎与位移成正比的特点,用电子电路获得驱动电荷,从电荷换算位移．提出了对压电执行器采取电压驱动和获取电荷为一体的复合驱动方法,高压运放输出作为高压驱动电源,电流积分器获得压电电荷．实验测量了带载和空载下压电双晶片和压电叠堆的自由位移,通过涡流位移传感器标定得到,双晶片位移自感知误差小于3．61％,叠堆位移自感知误差小于1．81％,实验测量了压电叠堆带载情况下的输出位移,结果表明可以用于带载位移自感知。     

适用于有限空间的微型形状记忆合金丝驱动器

形状记忆合金（Ｓｈａｐｅ Ｍｅｍｏｒｙ Ａｌｌｏｙ,ＳＭＡ）丝用于微小型机器人中作驱动器时,为了达到要求的输出位移,其长度往往超出有限的可用空间。研究了产生这种现象的原因,并开发了一种使ＳＭＡ丝在整个可用空间中呈三维状态分布的微驱动器。理论分析和试验结果表明,该驱动器克服了ＳＭＡ丝直线驱动器和ＳＭＡ螺旋弹簧驱动器的弱点,拥有比骨骼肌更好的力学性能,应用于微小仿生机器人时,它可在满足输出位移要求的同     

铜-压电陶瓷复合型驱动器的制备及特性

将开有空腔的黄铜片与压电陶瓷通过导电胶粘合并固化获得了一种具有大位移量和一定负载能力的铜一压电陶瓷复合型驱动器,实验得到的压电常数d33超过2000pC／N、本文系统分析了该驱动器的压电性能和位移特性;讨论了驱动器几何尺寸对驱动性能的影响,结果表明：位于金属顶盖和压电陶瓷之间的空腔可以将压电陶瓷片的径向位移转换成整个结构的轴向位移并将之放大;随着铜片厚度的降低,驱动器的谐振频率明显下降,轴向位移则明显增加。     

一种新型压电舵机的设计

设计了一种由两组独立的压电角位移执行机构组成的基于压电致动器的新型电动舵机.压电致动器产生的位移经过杠杆机构放大以后转换为舵偏角的输出.推导了压电舵机的数学模型,在此基础上讨论了影响压电舵机性能的因素,并通过实验加以论证.研究结果表明所设计的压电舵机具有结构紧凑、体积小、质量功率比高、价格低、响应速度快等优点,适用于小型旋转制导弹药.     

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,并用已研制成的高精度高分辩率微位移系统实现了陶瓷样件的纳米镜面磨制。     

一种新型惯性式压电执行器研究

设计了一种惯性式压电执行器.该执行器由身体和4个弹性足构成.每个弹性足是一个带夹层的压电双晶片,称之为复合压电双晶片.首先阐述了该执行器惯性冲击式的运动原理;然后从热力学角度推导出复合压电双晶片悬臂梁端部挠度与外电压、外力的关系式;以此为基础建立了执行器的动力学模型,用13个设计参数如压电片的长度、宽度、高度,执行器质量和驱动电压等表征了执行器的运动状态;最后以驱动电压幅值为自变量,固定其他设计参数,得到了电压幅值与执行器平均速度的关系曲线.此理论计算与试验结果基本相符,证明所建立的执行器动力学模型是合理的.     

利用一次正、二次逆压电效应设计可作动传感器研究

进行了一次正压电效应、二次逆压电效应的理论分析与实验验证.理论与实验均证明.压电体通过一次正压电效应产生的电位移,及通过二次逆压电效应产生的应变与应力均与施加外力具有良好的线性关系.由于一次正、二次逆压电效应是在同一压电体内存在的双向效应,其原理特别适合于传感器、执行器集成一体化的研究.因此,利用压电体的一次正压电效应可以测量外力,作为传感器使用;同时利用该压电体的二次逆压电效应可以输出一个微位移.作为执行器使用.提出了利用该原理设计"可作动传感器"的实现方案.并证明了其可行性.     

新型智能材料微小型光学镜头致动器的设计与性能研究

为了使微小型光学镜头驱动系统满足低能耗、高稳定性以及结构简单的要求,采用新型智能材料IPMC设计了一种微小型的光学镜头致动器,并对其输出力、位移及响应速度等性能进行了研究.根据直线驱动要求确定了瓣形和环形结构;通过化学还原方法制备了IPMC材料,采用激光切割技术分别制作出5种形状的环形和瓣形致动器,并对其性能进行了测试.利用有限元软件,通过等效热模型分析了致动器的基本性能,结果表明:实验测试与理论分析结果一致,误差率在10％以内;瓣形致动器的总体位移性能比环形致动器的好;在3V驱动电压下两者的位移均大于200 μm;当内圆半径为2 mm、瓣数为8时,致动器的最大位移与响应速度均最佳.     

用压电陶瓷实现精密工件台的微定位控制

以压电陶瓷微位移原理为基础，对精密驱动技术在精密定位工件台上的应用作了实验研究。设计了一个包括高压精密可调电源、压电微位移驱动器、作为反馈元件的光栅干涉仪、以及由ＩＢＭＰＣ机和单片机组成的控制系统。     

Y型双入-双出水流道无阀压电泵研究

 针对Y 型单入-单出水流道无阀压电泵的输送流量较小, 设计了一种Y 型双入-双出水流道无阀压电泵结构。根据压电振子的结构尺寸、坐标及力学模型, 对压电振子中心振幅与理论容积变化量进行分析。对Y 型双入-双出水流道无阀压电泵流量进行理论计算。对两种压电泵进行流阻和流量的对比实验。结果表明:Y 型双入-双出水流道无阀压电泵效率及流量均大于Y 型单入-单出水流道无阀压电泵, 实验结果与理论分析基本一致。     

基于多次压电效应的自感知执行器研究

针对多次压电效应在同一压电体上双向可逆的特点,进行了多次压电效应实现压电执行器位移自感知的理论分析,由此阐明了压电体中多次逆与多次正效应的一一对应关系,以及介电电位移与多次正压电电位移分离的可行性.通过引入参考电容,采取电流积分与差分比例运算电路相结合的方式,得到一种较电桥电路解耦更易于在工程实际应用的方法.采用PZT-5叠堆执行器进行实验,验证了该解耦方法的正确性,同时得出了PZT-5叠堆二次正压电效应的线性系数,并进一步分析了三次压电效应对自感知执行器的分辨力和精度的影响,为压电自感知执行器性能的改善提供了一条新途径.     

挠性接头角刚度静态测量方法研究

挠性接头角刚度的测量精度直接关系到陀螺仪的控制精度和灵敏度,但传统方法存在较多问题。根据挠性接头角刚度静态测量原理,基于不同的加载方式提出2种角刚度静态测量方法,即机械式加载角刚度测量和压电式加载角刚度测量。搭建以电动倾斜台为分度加载驱动的机械式挠性接头角刚度测量系统,进行挠性接头角刚度测试试验,得出挠性接头角刚度数值。针对机械式加载测量方法中测试结果不稳定的问题,设计利用压电促动器的静态加载机构,提出了一种利用压电促动器测量挠性接头角刚度的方法。使用ANSYS Workbench对压电加载机构位移输出进行仿真,位移输出满足挠性接头角刚度静态测试加载要求,验证了压电式静态测量方法理论的可行性。     

轿车主动空气悬架系统3种方案仿真分析

为满足轿车高的舒适性、操纵稳定性和安全性要求,提出在被动空气悬架的基础上设计一个辅助装置,使其成为主动空气悬架系统. 该装置采用液压与气动相结合的结构,具有调节和抑制车辆俯仰及侧倾运动的作用. 对轿车空气悬架系统建立了3种概念模型,并在相同的输入参数下,通过仿真模型对比计算3种调节方案的主动控制效果. 仿真结果表明,采用液气混合式调节方案的主动空气悬架系统,具有运动速度快、位移精度高等优点,可优先在汽车上使用.     

电控喷油器压电堆执行器位移波动及其控制技术

压电堆执行器的位移影响着喷油器的针阀开闭性能,通过试验发现压电堆执行器的位移波动位置,分析了引起位移波动的因素.运用ABAQUS有限元软件建立了压电堆执行器的仿真模型,分析了压电堆执行器在不同时间下的位移变化,说明了压电元件的惯性是压电堆执行器在膨胀和收缩阶段产生位移波动的原因,提出了液压吸振和电压优化的方法减小压电堆执行器的位移波动.测试试验结果表明选择合适的耦合腔容积只能一定程度上减少位移波动,梯形电流控制方法可明显减小位移波动.      

Simulation of the piezoelectric high-speed on/off valve

The development trend and unsolved problems of the high-speed valve are given briefly, and the excellent characteristics and some key technologies of the piezoelectric high-speed on/off valve are introduced. An innovative high-speed on/off valve based on piezoelectric actuators is outlined, where the performance of the high frequency and high instant force is employed to kick off the poppet. The micro displacement amplification and temperature dependence of the piezoelectric actuator are solved. Furthermore, the mathematical model of the piezoelectric high-speed on/off valve is built and related simulation results are discussed. The simulation results show that the piezoelectric high-speed on/off valve can be switched by piezoelectric actuators, and the maximal flowrate of 11 L/min, pressure of 20 MPa and frequency of 200 Hz can be gained.     

用于自适应可展结构的压电式智能主动杆

为自适应调节和改善可展结构动力学性能 ,研制了一种具有传感和作动双重功能的智能主动杆。利用压电材料的正逆压电效应 ,建立了压电微位移作动器的设计模型。给出了智能主动杆的组成和工作原理。研制了一种用于自适应可展结构的新型智能主动杆。该主动杆由压电作动器、微位移传感器、压力传感器等组成 ,具有输出微位移和压力 ,及对位移和压力监测的功能