基于双稳态结构的压电精密定位驱动器设计

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1、２？犬拔＾大摩ＤＡＬＩＡＮＵＮＩＶＥＲＳＩＴＹＯＦＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ工睡硕士室位文ＭＡＳＴＥＲＡＬＤＩＳＳＥＲＴＡＴＩＯＮ基于双稳态结构的压电精密定位驱动器设计‘工程领域———作者姓名———：指导教师—一鬼剑―尉教授２０１５￥６答辩曰期—＿＿＿＾ＭＥｉＰｎＨＨＫａ专业学位硕士学位论文基于双稳态结构的压电精密定位驱动器设计ＰｉｅｚｏｅｌｅｃｔｒｉｃＰｏｓｉｔｉｏｎｉｎＡｃｔｕａｔｏｒＢａｓｅｄｏｎＢｉｓｔａｂｌ

2、ｅＳｔｒｕｃｔｕｒｅｓｇ作者姓名：解家男工程领域：车辆工程学号：３１３２２０１７指导教师：赵剑副教授完成日期：２０１５．０５．０５大遠理工大含ＤａｌｉａｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ大连理工大学学位论文独创性声明作者郑重声明：所呈交的学位论文是本人在导师的指导下进行研究，工作所取得的成果。尽我所知，除文中已经注明引用内容和致谢的地方外，本论文不包含其他个人或集体已经发表的研究成果也不包含其他已申请，学位或其

3、他用途使用过的成果一。与我同工作的同志对本研究所做的贡献均已在论文中做了明确的说明并表示了谢意。若有不实之处，本人愿意承担相关法律责任。学位论文题目：基于双稳态结构的压电精密定位驱动器设计作者签名：日期：力／Ｃ年义月／：日大连理工大学专业学位硕士学位论文摘要精密定位驱动技术是实现精密制造和精确测量的重要途径，在航空航天、武器系统、微机械制造、集成电路、超精密加工、半导体技术、微电子封装（ＳＭＴ）、生命与医疗科学等领域具有广泛的应用需求。精密定位驱动技术

4、的实现依赖于智能驱动材料与弹性支撑结构的集成设计，而压电智能材料所固有的迟滞非线性已成为限制定位精度提高的瓶颈，并且在特殊情况下会引起系统震荡，造成系统位移输出不稳定。因此，需要从驱动器弹性结构设计方面探索和研究消除迟滞影响的新途径。本论文主要展幵了以下研究工作：１针对传统压电驱动器驱动位移小、能耗高和受压电材料迟滞非线性影响严重的（）问题，提出两种基于双稳态弹性元件的新型压电驱动器设计方法，利用双稳态结构在特定位置无需驱动电压即可定位的特征来消除材料迟滞造成的定位误差。具体包

5、括：（ａ）以保证双稳态特征前提下的低驱动能耗为目标，建立了双稳态梁式驱动器压电材料布局优化设计模型一，得到种中间铺设压电材料的新型双稳态驱动器，分析了压电材料的铺设位置和长度对驱动能耗和行程的影响关系一；（ｂ）以增大驱动器行程为目标，提出种新型大行程双稳态驱动器的设计方法，协同设计压电材料布置、双稳态梁构型、位移放大机构及其连接形式等参数，使定位点处所需要的驱动电压为零，进而消除迟滞的影响，数值实验验证了所提出的设计方法的可行性。（２）针对多级精密定位的应用需求，提出多单胞

6、结构级联的多稳态定位驱动器的设计方法。（ａ）以低驱动电压为目标，借助拓扑优化技术，建立了双稳态鼓包式驱动器的压电材料布置优化设计模型ｂ以具有不同行程的双稳态鼓包作为单胞结构，设计了；（）多胞式大行程多级精密定位驱动器，以双稳态特征下的低驱动电压为设计目标，建立了单胞表面压电材料布置优化设计方法。以单胞结构表面不同扇区压电材料的驱动电压和加载序列为控制参数，通过控制不同单胞和不同扇区的驱动电压和加载序列，进而实现驱动器的伸缩平动和弯曲运动，实现空间准确定位功能，数值实验证明了多级

7、定位驱动器设计方法的有效性。本论文获得国家自然科学基金项目（５１１０５０５９，１１３７２０６３和中航产学研专项资金资）助项目（ＣＸＹ２０１１ＤＧ３４）的资助，在此表示感谢。关键词：压电驱动器；双稳态结构；位移放大机构；多级驱动；优化设计小基于双稳态结构的压电精密定位驱动器设计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