基于压电陶瓷微位移执行器的精密定位技术研究.pdf

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1、2010年第29卷第2期传感器与微系统(TransducerandMicrosystemTechnologies)51基于压电陶瓷微位移执行器的精密定位技术研究韩同鹏，李国平，沈杰(宁波大学工学院。浙江宁波315211)摘要：阐述了压电陶瓷微位移执行器的驱动原理，介绍了执行器的性能与应用情况；利用自行设计的输出特性测试系统，对WTYD0808042压电陶瓷微位移执行器进行了相关实验研究，分析了执行器的非线性和迟滞特性；采用Duhem算子建立了压电执行器的迟滞模型，利用建立的Duhem模型作为PID反馈控制的前馈环节进行闭环精密定位控制的

2、研究。实验结果表明：该模型能够有效降低非线性和迟滞特性对压电执行器位移输出精度的影响，提高执行器的动态响应特性。关键词：压电陶瓷微位移执行器；输出特性测试；Duhem模型；精密定位中图分类号：TP242文献标识码：A文章编号：1000-9787(2010)02-0051-03Stud~y0naccuratepositioningtechnnologyoftp13iezoelectric■‘⋯xCeramlcsmicro-displacementactuator‘HANTong—peng，LIGuo-ping，SHENJie(Facult

3、yofEngineering，NingboUniversity，Ningbo315211，China)Abstract：Theactuationprincipleofthepiezoelectricceramicsmicro-displacementactuatoriselaborated，andthecharacteristicsandtheapplicationsoftheactuatorareintroduced．RelativeexperimentalresearchesontheWTYD0808042piezoelectric

4、ceramicsmicro—displacementactuatorarecarriedoutwithself-designedoutputcharacteristicstestsystem，andthenon—linearandhysteresisofactuatorareanalyzed．ADuhemmodelisusedtoestablishthehysteresismodelofapiezoelectricactuator．Aresearchonclose—loopprecisionpositioningcontrolusing

5、theestablishedDuhemmodelasafeedforwardsegmentofaPIDfeed—backcontrolisconducted．Experimentalresultsshowthatthismodelcaneffectivelyeliminatetheeffectsofnonlinearityandhysteresiswhichaffectthedisplacementoutputprecisionofapiezoelectricactuator，andimprovethedynamicresponsepr

6、operty．Keywords：piezoelectricceramicsmicro—displacementactuator；outputcharacteristicstest；Duhemmodel；accuratepositioning0弓l言行器的静态、动态输出位移特性，在分析执行器输出特性的电致伸缩是在压电晶体极化方向上施加电场作用使其基础上建立执行器致动模型，并利用得到的模型对白行设产生可控机械变形的现象，这种现象又叫做逆压电效计的基于柔性铰链的压电驱动微进给装置进行精密定位控应⋯。压电陶瓷微位移执行器(piezoelectr

7、icceramicsmicro—制实验研究。displacementactuator)是利用压电陶瓷材料的逆压效应制1压电执行器的输出特性成的驱动器，它具有控制精度高(可达0．01m)、响应速度1．1静态位移输出特性快(约为10Ws)、位移分辨率高、输出力大等优点。在振动图1为压电陶瓷微位移执行器的输出位移特性测试系主动控制、高精度非圆切削系统以及机器人位移调节等精统原理图，系统利用电涡流式位移传感器进行非接触式测密工程领域具有广泛的应用前景。量，可以测得执行器自由输出状态下的位移特性。计算机在实际的动态控制应用中，压电陶瓷微位移执行器

8、的输出电压信号经数据采集卡D／A转换并通过功率放大后输入电压与输出位移间呈现出显著的非线性和由压电陶瓷使执行器产生相应位移输出，传感器测得输出位移经A／D叠堆固有特性所导致的迟滞，这给高精度的位移驱动带来转