低频脉冲激励步进蠕动式精密压电驱动器的研究

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1、硕士学位论文低频脉冲激励步进蠕动式精密压电驱动器的研究RESEARCHONTHESTEPPERISTALSISPRECISIONPIEZOELECTRICACTUATOREXCITEDBYLOWFREQUENCYPULSE史东东哈尔滨工业大学2016年6月国内图书分类号：TP211学校代码：10213国际图书分类号：681.5密级：公开工学硕士学位论文低频脉冲激励步进蠕动式精密压电驱动器的研究硕士研究生：史东东导师：陈维山教授副导师：刘英想教授申请学位：工学硕士学科：机械电子工程所在单位：机电工程学院答辩日期：2016年6月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:TP

2、211U.D.C:681.5DissertationfortheMasterDegreeinEngineeringRESEARCHONTHESTEPPERISTALSISPRECISIONPIEZOELECTRICACTUATOREXCITEDBYLOWFREQUENCYPULSECandidate：ShiDongdongSupervisor：Prof.ChenWeishanAssociateSupervisor：Prof.LiuYingxiangAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpeciality：MechatronicsEngi

3、neeringAffiliation：SchoolofMechatronicsEngineeringDateofDefence：June,2016Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology哈尔滨工业大学工学硕士学位论文摘要随着近些年精密加工、微纳制造等领域快速发展，精密驱动和定位技术已经成为加工和制造领域中最为基础和亟待解决的关键技术。而压电驱动技术是一种新型的驱动方式，它伴随着压电元件、磁致伸缩等功能材料的出现和不断完善得到了飞速的发展。它具有结构简单、运动分辨率高、功率密度高、定位精度高、响应速度快、断电自锁、无

4、电磁干扰、等突出优点。所以将压电驱动技术应用于精密驱动具有重要的科学意义和应用价值。本文研制了一种步进蠕动式精密压电驱动器，分析了步进蠕动式压电精密压电驱动器的工作原理，设计了压电驱动器的结构。根据压电驱动器的工作原理，本文设计了具有对称性的工字型结构，然后利用ANSYS有限元仿真对其结构进行优化和材料选择。在确定了压电驱动器的结构后，用ANSYS软件对步进蠕动式精密压电驱动器进行了仿真分析，包括静力学分析、模态分析和瞬态分析。这为步进蠕动式精密压电驱动器提供了理论基础。本文研制了压电驱动器驱动电源，驱动电源包含硬件部分和软件部分。硬件部分包含控制电路、高压电路、驱动电路和基本稳压电路四

5、个部分组成，软件部分包含控制信号程序、电压采集程序、LED显示程序和串口通信程序四个部分。本文对驱动电源各个部分进行设计和调试，最终得到了电压在200V内可调，频率在100Hz内可调，并且具有较强的驱动输出能力和较小纹波的驱动电源。驱动电源信号输出与步进蠕动式精密压电驱动器的工作原理时序分析信号相吻合，同时它具有过流保护功能。本文研制了压电驱动器实验测试平台，平台主要由步进蠕动式精密压电驱动器、夹紧装置、驱动器运动导轨和预紧装置等结构组成，验证步进蠕动式精密压电驱动器的工作性能。本文选择电容测微仪作为测量传感器，测得压电驱动器的重复性较好，压电驱动器的步距与电压近似成线性变化，其斜率为0

6、.01μm/V。压电驱动器实验测试平台的最大输出力为4.7N，其速度随着电压升高而增加，随着频率的增加先增加后减小，在30Hz内工作比较稳定，适合精密驱动，在70Hz其速度达到最大值。关键词：压电驱动器；步进蠕动；驱动电源；低频脉冲-I-哈尔滨工业大学工学硕士学位论文AbstractWiththerapiddevelopmentofprecisionmachining,micro-nanomanufacturingandotherfieldsinrecentyears,thedevelopmentofprecisiondrivingandpositioningtechnologybeco

7、mesthefoundationinthefieldofmanufacturingandthekeytechnologytobesolved.Piezoelectricdriveisanewwayofthedrive.Itisrapiddevelopmentaccompaniedbypiezoelectricelementandmagnetostrictivematerials.Ithastheadvantagesofsimples