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《縱彎復(fù)合型步進(jìn)式直線壓電驅(qū)動(dòng)器及其控制系統(tǒng)研究.pdf》由會(huì)員上傳分享,免費(fèi)在線閱讀,更多相關(guān)內(nèi)容在學(xué)術(shù)論文-天天文庫(kù)。
1、碩士學(xué)位論文縱彎復(fù)合型步進(jìn)式直線壓電驅(qū)動(dòng)器及其控制系統(tǒng)研究RESEARCHONALONGITUDINAL-BENDINGHYBRIDSTEPPINGPIEZOELECTRICACTUATORANDITSCONTROLSYSTEM沈強(qiáng)強(qiáng)哈爾濱工業(yè)大學(xué)2018年6月國(guó)內(nèi)圖書(shū)分類(lèi)號(hào):TP211學(xué)校代碼:10213國(guó)際圖書(shū)分類(lèi)號(hào):681.5密級(jí):公開(kāi)工學(xué)碩士學(xué)位論文縱彎復(fù)合型步進(jìn)式直線壓電驅(qū)動(dòng)器及其控制系統(tǒng)研究碩士研究生:沈強(qiáng)強(qiáng)導(dǎo)師:劉英想教授申請(qǐng)學(xué)位:工學(xué)碩士學(xué)科:機(jī)械電子工程所在單位:機(jī)電工程學(xué)院答辯日期:2018年6月授予
2、學(xué)位單位:哈爾濱工業(yè)大學(xué)ClassifiedIndex:TP211U.D.C:681.5DissertationfortheMasterDegreeinEngineeringRESEARCHONALONGITUDINAL-BENDINGHYBRIDSTEPPINGPIEZOELECTRICACTUATORANDITSCONTROLSYSTEMCandidate:ShenQiangqiangSupervisor:Prof.LiuYingxiangAcademicDegreeAppliedfor:MasterofEngine
3、eringSpeciality:MechatronicsEngineeringAffiliation:SchoolofMechatronicsEngineeringDateofDefence:June,2018Degree-Conferring-Institution:HarbinInstituteofTechnology哈爾濱工業(yè)大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文摘要相比與傳統(tǒng)電磁電機(jī),壓電驅(qū)動(dòng)器可以以更小的體積實(shí)現(xiàn)快速精密定位,且其工作特性在電磁干擾環(huán)境中不會(huì)改變,這些優(yōu)勢(shì)使得壓電驅(qū)動(dòng)器獲得精密驅(qū)動(dòng)領(lǐng)域的青睞,獲得了較為廣泛地應(yīng)用
4、。近些年,隨著精密驅(qū)動(dòng)裝備的要求不斷提升,壓電驅(qū)動(dòng)器的研究也在不斷深入。目前,壓電驅(qū)動(dòng)器的一個(gè)重點(diǎn)研究方向是實(shí)現(xiàn)大行程納米定位,壓電驅(qū)動(dòng)器的本體結(jié)構(gòu)、驅(qū)動(dòng)器電源以及控制方法會(huì)影響到驅(qū)動(dòng)器的定位精度。因此,對(duì)于壓電驅(qū)動(dòng)器及其控制系統(tǒng)的研究具有重要意義。首先,本文提出了一種新型的步進(jìn)式壓電驅(qū)動(dòng)器,該壓電驅(qū)動(dòng)器主要由兩個(gè)縱彎復(fù)合型換能器和一個(gè)動(dòng)子組成?;趬弘婒?qū)動(dòng)器的結(jié)構(gòu),詳細(xì)地分析了其驅(qū)動(dòng)原理,確定利用換能器的縱向運(yùn)動(dòng)對(duì)動(dòng)子進(jìn)行箝位,而彎曲運(yùn)動(dòng)用于驅(qū)動(dòng)動(dòng)子直線運(yùn)動(dòng);分析了兩個(gè)換能器運(yùn)動(dòng)時(shí)所需要的四路激勵(lì)信號(hào),確定通過(guò)改變四路
5、激勵(lì)信號(hào)之間的相位差可以實(shí)現(xiàn)動(dòng)子運(yùn)動(dòng)方向的控制。建立了換能器的參數(shù)化有限元模型,對(duì)換能器進(jìn)行模態(tài)仿真和靜力學(xué)仿真,優(yōu)化并確立了換能器的結(jié)構(gòu)參數(shù),并進(jìn)一步驗(yàn)證了壓電驅(qū)動(dòng)器的驅(qū)動(dòng)原理。為了測(cè)試壓電驅(qū)動(dòng)器的特性,制作了壓電驅(qū)動(dòng)器樣機(jī)。其次,針對(duì)本文所提出的步進(jìn)式壓電驅(qū)動(dòng)器,研制了一款驅(qū)動(dòng)電源。該電源主要包括直流穩(wěn)壓電路和線性放大電路兩部分,分別對(duì)直流穩(wěn)壓電路和線性放大電路進(jìn)行了設(shè)計(jì)和仿真,制作了電路板和電源實(shí)物,并對(duì)電源進(jìn)行了性能測(cè)試。測(cè)試結(jié)果表明:該電源能夠穩(wěn)定輸出四路幅值、頻率和相位獨(dú)立可調(diào)的信號(hào),其幅值、頻率和相位差范圍
6、分別為-200V~+200V、0~1kHz和-π~+π;該電源輸出電壓紋波小于200mV,此外,當(dāng)電源輸入電壓小于9V時(shí),其線性度小于0.5%。再次,為了測(cè)試壓電驅(qū)動(dòng)器輸出特性以及實(shí)現(xiàn)壓電驅(qū)動(dòng)器的閉環(huán)控制運(yùn)動(dòng),搭建了控制系統(tǒng),該控制系統(tǒng)包括硬件和軟件兩部分。其中,硬件主要是上下位機(jī)、PCI1716數(shù)據(jù)采集卡、PCI1721數(shù)據(jù)采集卡、位移傳感器、電源以及壓電驅(qū)動(dòng)器;而軟件部分,設(shè)置了上下位機(jī)的通信方式,制作了U盤(pán)啟動(dòng)的DOS系統(tǒng)盤(pán),編寫(xiě)了PCI1716和PCI1721的驅(qū)動(dòng)程序,在MATLABSimulinkReal-T
7、ime平臺(tái)上編寫(xiě)了開(kāi)環(huán)和閉環(huán)控制程序。最后,在前述工作基礎(chǔ)上,對(duì)換能器輸出特性進(jìn)行了測(cè)試,測(cè)試結(jié)果指出該換能器具有較好的位移重復(fù)性,進(jìn)一步驗(yàn)證了壓電驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)原理。對(duì)-I-哈爾濱工業(yè)大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文壓電驅(qū)動(dòng)器輸出特性進(jìn)行了測(cè)試,測(cè)試結(jié)果表明:該壓電驅(qū)動(dòng)器在大行程下的分辨力可以達(dá)到30nm;當(dāng)激勵(lì)信號(hào)頻率為60Hz時(shí),其速度達(dá)到最大,速度值為720.650μm/s;且其最大驅(qū)動(dòng)力為15N。對(duì)壓電驅(qū)動(dòng)器進(jìn)行了PID控制實(shí)驗(yàn),包括位置定位精度測(cè)試和正弦位移曲線跟蹤測(cè)試,該壓電驅(qū)動(dòng)器的位置定位精度可以達(dá)到±50nm,且具有較
8、好的動(dòng)態(tài)跟蹤特性。關(guān)鍵詞:壓電驅(qū)動(dòng)器;步進(jìn)式;大行程納米定位;驅(qū)動(dòng)電源;PID控制-II-哈爾濱工業(yè)大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文AbstractComparedtotraditionalelectromagneticmotors,piezoelectricactuatorscaneasilyachievefastprecis