基于雙穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)的壓電精密定位驅(qū)動(dòng)器設(shè)計(jì)

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1、２？犬拔＾大摩ＤＡＬＩＡＮＵＮＩＶＥＲＳＩＴＹＯＦＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ工睡碩士室位文ＭＡＳＴＥＲＡＬＤＩＳＳＥＲＴＡＴＩＯＮ基于雙穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)的壓電精密定位驅(qū)動(dòng)器設(shè)計(jì)‘工程領(lǐng)域———作者姓名———：指導(dǎo)教師—一鬼劍―尉教授２０１５￥６答辯曰期—＿＿＿＾ＭＥｉＰｎＨＨＫａ專業(yè)學(xué)位碩士學(xué)位論文基于雙穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)的壓電精密定位驅(qū)動(dòng)器設(shè)計(jì)ＰｉｅｚｏｅｌｅｃｔｒｉｃＰｏｓｉｔｉｏｎｉｎＡｃｔｕａｔｏｒＢａｓｅｄｏｎＢｉｓｔａｂｌ

2、ｅＳｔｒｕｃｔｕｒｅｓｇ作者姓名：解家男工程領(lǐng)域：車輛工程學(xué)號(hào)：３１３２２０１７指導(dǎo)教師：趙劍副教授完成日期：２０１５．０５．０５大遠(yuǎn)理工大含ＤａｌｉａｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ大連理工大學(xué)學(xué)位論文獨(dú)創(chuàng)性聲明作者鄭重聲明：所呈交的學(xué)位論文是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下進(jìn)行研究，工作所取得的成果。盡我所知，除文中已經(jīng)注明引用內(nèi)容和致謝的地方外，本論文不包含其他個(gè)人或集體已經(jīng)發(fā)表的研究成果也不包含其他已申請(qǐng)，學(xué)位或其

3、他用途使用過的成果一。與我同工作的同志對(duì)本研究所做的貢獻(xiàn)均已在論文中做了明確的說明并表示了謝意。若有不實(shí)之處，本人愿意承擔(dān)相關(guān)法律責(zé)任。學(xué)位論文題目：基于雙穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)的壓電精密定位驅(qū)動(dòng)器設(shè)計(jì)作者簽名：日期：力／Ｃ年義月／：日大連理工大學(xué)專業(yè)學(xué)位碩士學(xué)位論文摘要精密定位驅(qū)動(dòng)技術(shù)是實(shí)現(xiàn)精密制造和精確測(cè)量的重要途徑，在航空航天、武器系統(tǒng)、微機(jī)械制造、集成電路、超精密加工、半導(dǎo)體技術(shù)、微電子封裝（ＳＭＴ）、生命與醫(yī)療科學(xué)等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用需求。精密定位驅(qū)動(dòng)技術(shù)

4、的實(shí)現(xiàn)依賴于智能驅(qū)動(dòng)材料與彈性支撐結(jié)構(gòu)的集成設(shè)計(jì)，而壓電智能材料所固有的遲滯非線性已成為限制定位精度提高的瓶頸，并且在特殊情況下會(huì)引起系統(tǒng)震蕩，造成系統(tǒng)位移輸出不穩(wěn)定。因此，需要從驅(qū)動(dòng)器彈性結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面探索和研究消除遲滯影響的新途徑。本論文主要展幵了以下研究工作：１針對(duì)傳統(tǒng)壓電驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)位移小、能耗高和受壓電材料遲滯非線性影響嚴(yán)重的（）問題，提出兩種基于雙穩(wěn)態(tài)彈性元件的新型壓電驅(qū)動(dòng)器設(shè)計(jì)方法，利用雙穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)在特定位置無需驅(qū)動(dòng)電壓即可定位的特征來消除材料遲滯造成的定位誤差。具體包

5、括：（ａ）以保證雙穩(wěn)態(tài)特征前提下的低驅(qū)動(dòng)能耗為目標(biāo)，建立了雙穩(wěn)態(tài)梁式驅(qū)動(dòng)器壓電材料布局優(yōu)化設(shè)計(jì)模型一，得到種中間鋪設(shè)壓電材料的新型雙穩(wěn)態(tài)驅(qū)動(dòng)器，分析了壓電材料的鋪設(shè)位置和長(zhǎng)度對(duì)驅(qū)動(dòng)能耗和行程的影響關(guān)系一；（ｂ）以增大驅(qū)動(dòng)器行程為目標(biāo)，提出種新型大行程雙穩(wěn)態(tài)驅(qū)動(dòng)器的設(shè)計(jì)方法，協(xié)同設(shè)計(jì)壓電材料布置、雙穩(wěn)態(tài)梁構(gòu)型、位移放大機(jī)構(gòu)及其連接形式等參數(shù)，使定位點(diǎn)處所需要的驅(qū)動(dòng)電壓為零，進(jìn)而消除遲滯的影響，數(shù)值實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了所提出的設(shè)計(jì)方法的可行性。（２）針對(duì)多級(jí)精密定位的應(yīng)用需求，提出多單胞

6、結(jié)構(gòu)級(jí)聯(lián)的多穩(wěn)態(tài)定位驅(qū)動(dòng)器的設(shè)計(jì)方法。（ａ）以低驅(qū)動(dòng)電壓為目標(biāo)，借助拓?fù)鋬?yōu)化技術(shù)，建立了雙穩(wěn)態(tài)鼓包式驅(qū)動(dòng)器的壓電材料布置優(yōu)化設(shè)計(jì)模型ｂ以具有不同行程的雙穩(wěn)態(tài)鼓包作為單胞結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)了；（）多胞式大行程多級(jí)精密定位驅(qū)動(dòng)器，以雙穩(wěn)態(tài)特征下的低驅(qū)動(dòng)電壓為設(shè)計(jì)目標(biāo)，建立了單胞表面壓電材料布置優(yōu)化設(shè)計(jì)方法。以單胞結(jié)構(gòu)表面不同扇區(qū)壓電材料的驅(qū)動(dòng)電壓和加載序列為控制參數(shù)，通過控制不同單胞和不同扇區(qū)的驅(qū)動(dòng)電壓和加載序列，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)器的伸縮平動(dòng)和彎曲運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)空間準(zhǔn)確定位功能，數(shù)值實(shí)驗(yàn)證明了多級(jí)

7、定位驅(qū)動(dòng)器設(shè)計(jì)方法的有效性。本論文獲得國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（５１１０５０５９，１１３７２０６３和中航產(chǎn)學(xué)研專項(xiàng)資金資）助項(xiàng)目（ＣＸＹ２０１１ＤＧ３４）的資助，在此表示感謝。關(guān)鍵詞：壓電驅(qū)動(dòng)器；雙穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)；位移放大機(jī)構(gòu)；多級(jí)驅(qū)動(dòng)；優(yōu)化設(shè)計(jì)?。崳娀陔p穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)的壓電精密定位驅(qū)動(dòng)器設(shè)計(jì)ＰｉｅｚｏｅｌｅｃｔｒｉｃＰｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇＡｃｔｕａｔｏｒＢａｓｅｄｏｎＢｉｓｔａｂｌｅＳｔｒｕｃｔｕｒｅｓＡｂｓｔｒａｃｔＰｒｅｃｓｅｏｓｔｏｎｔｅｃｏｏｃａｎｔｅｍｅｄ

8、ａｔｅｗａｔｏａｃｅｖｅｒｅｃｏｎｉｐｉｉｉｎｇｈｎｌｇｙｉｓａｃｒｕｉｌｉｒｉｙｈｉｐｉｓｉｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇａｎｄｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ，ｗｈｉｃｈｈａｓｇｒｅａｔｐｏｔｅｎｔｉａｌｓｉｎａｅｒｏｓｐａｃｅ，ｗｅａｐｏｎｓｙｓｔｅｍｓ，－ｍａｎｕｎｍｉｃｒｏｆａｃｔｕｒｉｎｉｔｅｒａｔｅｄｃｉｒｃｕｉｔｄｅｓｉｎｓｕｒｆａｃｅｍｏｕｎｔｉｎｔｅｃｈｎｏｌｏ．ｇ，ｇｇ，ｇｇｙＲｅａｌ