新型非共振型压电作动器与精密平台的研究

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1、中图分类号：TM356论文编号：102870118-S098学科分类号：080203硕士学位论文新型非共振型压电作动器与精密平台的研究研究生姓名王道智学科、专业机械设计及理论研究方向精密驱动与控制技术指导教师黄卫清教授南京航空航天大学研究生院航空宇航学院二О一八年三月NanjingUniversityofAeronauticsandAstronauticsTheGraduateSchoolCollegeofAerospaceEngineeringResearchonNewTypeofNon-resonantPiezoel

2、ectricActuatorandItsApplicationinPrecisionStageAThesisinMechanicalDesignandTheorybyWangDaozhiAdvisedbyProf.HuangWeiqingSubmittedinPartialFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofMasterofEngineeringMarch,2018承诺书本人声明所呈交的硕士学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。除了文中特别加以标注和致谢

3、的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得南京航空航天大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。本人授权南京航空航天大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。（保密的学位论文在解密后适用本承诺书）作者签名：__________日期：__________南京航空航天大学硕士学位论文摘要21世纪以来，随着科技的快速发展，在众多工程领域中都对定位精度提出越来越高的要求。在半导体制造，表面测试技术，生物科技，医学工程，光纤作业和

4、光学等领域中，定位系统的精度甚至需要达到纳米量级。除此之外，快速的响应速度以及能够在高真空，大温差范围等极端工作条件下内正常的工作的能力也都常常是需求点。本研究课题即是基于上述背景，以非共振式压电电机为核心研究对象，结合压电精密致动技术，着力研究非共振式压电电机及多自由度高精度运动平台的原理以及实现方法。对串、并联的宏动平台以及精密平台的发展近况进行简单介绍，对非共振压电电机的研究现状进行介绍；对压电陶瓷及压电叠堆的主要物理性能参数进行介绍，简述压电叠堆的使用方法，对压电叠堆的性能进行初步的实验，为后续压电作动器及多自由

5、度精密平台的实验做准备；设计了一种双柔铰导向式非共振压电作动器，采用压电叠堆作为核心元件应用于作动器中，对叠堆施加特定驱动信号来实现两个驱动足的交替步进运动；对样机进行速度特性，正反向速度一致性，负载特性以及位移分辨率等实验，分析实验结果，得出结论。以小巧，低成本，便于控制，性能优异为设计目标给出了菱形机构非共振压电作动器的方案，其采用单个压电叠堆作为驱动源。介绍菱形结构的设计方案，对样机进行速度特性和位移分辨率的实验，分析实验结果，得出结论。基于所研究的双柔铰导向式压电作动器样机搭建二自由度串联平台，对搭建出的样机进行

6、速度，精度方面的实验，掌握平台样机的性能。基于菱形惯性粘滑式压电作动器样机搭建并联三自由度平台，描述平台的工作过程，对平台的平移精度，转动精度进行研究。总结研究工作的主要内容，创新点以及尚待解决的问题，提出下一步研究的方向。关键词：压电叠堆，压电效应，精密驱动，非共振压电作动器，多自由度精密平台本文工作在机械结构力学及控制国家重点实验室完成，得到了国家自然基金（51375224）的支持。I新型非共振式压电作动器与精密平台的研究ABSTRACTSincethe21stcentury,withtherapiddevelopm

7、entofscienceandtechnology,higherandhigherrequirementshavebeenplacedonpositioningaccuracyinmanyengineeringfields.Inthefieldsofsemiconductormanufacturing,surfacetestingtechnology,biotechnology,medicalengineering,opticalfiberoperation,andoptics,theaccuracyofposition

8、ingsystemsevenneedstoreachnanometerscale.Inaddition,thequickresponsespeedandabilitytoworknormallyunderextremeworkingconditionssuchashighvacuumandlargetemperatu