压电式精密驱动器及其闭环控制系统设计.pdf

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1、2013年第32卷第5期传感器与微系统(TransducerandMicrosystemTechnologies)95压电式精密驱动器及其闭环控制系统设计苏江，刘鹏，杨志刚(1．吉林大学珠海学院机电工程系，广东珠海519041；2．吉林大学机械科学与工程学院。吉林长春130025)摘要：提出了一种以压电叠堆作为驱动源的新型步进直线精密驱动器，设计了直线驱动器的整体结构，分析了直线驱动器的工作原理。制作了直线驱动器样机并进行试验测试，试验结果表明：步距与电压间具有良好的线性关系，但驱动器存在步距误差。采用PCI-6229NI数据采集卡，使用LabVIEW软件设计了驱动器闭环反馈控制系统，对比试

2、验结果表明：驱动器定位精度显著提高，可达到0．06m。关键词：驱动器；压电叠堆；步距；闭环反馈控制中图分类号：TP237．1文献标识码：A文章编号：1000-9787(2013)05-0095-04Designofpiezoelectricpreciseactuatoranditsclosed．1oopcontrolsystemSUJiang，LIUPeng，YANGZhi—gang2(1．DepartmentofMechanicalandElectricalEngineering，ZhuhmCollegeofJilinUniversity，Zhuhai519041，China；2．Scho

3、olofMechanicalScienceandEngineering．JilinUniversity，Changchun130025，China)Abstract：Anovelsteppinglinearpreciseactuatorisproposedbasedonpiezoelectricstackasactuatorelement，theoverallstructureoflinearactuatorisdesigned，itsworkingprincipleisanalyzed．Theprototypeoflinearactuatorisfabricated，anditstesti

4、scarriedout．Theexperimentalresuhsshowthatthereisagoodlinearrelationshipbetweenvoltageandstepdistance，buttheactuatorhasstepdistanceerror．UsingPCI--6229NIdataacquisitioncard，closed—loopfeedbackcontrolsystemofactuatorisdesignedwithLabVIEWsoftware．Thecomparativeexperimentalresultsshowthatthepositioning

5、precisionoftheactuatorimprovessignificantly，whichreaches0．06p,m．Keywords：actuator；piezoelectricstack；stepdistance；closed—loop~edbackcontrol0引言纤度量技术、精密机械等领域，具有极其广泛的应用前近年来，随着微／纳米技术的迅猛发展，人们纷纷开展景J。本文设计了以压电叠堆作为驱动源的直线式精密对新型驱动技术的研究，新型驱动技术大致可分为两驱动器，为了改善驱动器的稳定性，采用闭环反馈控制的方类：一类是利用场力驱动，如电磁力、静电力等；另一类法来补偿步距误差，以此

6、来提高驱动器运行的稳定性。是运用材料本身的性能变化产生的微小变形来驱动，尤其1压电步进式精密驱动器结构与原理以压电材料、磁滞伸缩材料和形状记忆合金材料制成的驱本文采用整体柔性铰链与压电叠堆相配合的机械结动装置研究最为广泛。压电驱动技术利用压电材料的逆压构，设计了一种新型的直线步进驱动器。其组成部分有：箝电效应，即压电材料在电场作用下产生机械变形的特性实位机构、驱动机构、调整机构、动子及导轨。图l为步进式现驱动，具有位移分辨率高、定位精度好、响应速度快、易于驱动器的三维装配图。箝位机构是将压电叠堆伸长而产生微型化等优点。利用压电驱动技术开发研究的压电驱的力传递到动子的传动机构，箝位力的大小决定

7、了驱动器动器采用摩擦力驱动，将阻碍运动的摩擦力变为驱动力，有驱动力和承载能力的大小。驱动机构是利用驱动叠堆的驱可能成为MEMS最有前途的驱动器。压电驱动器在超精动力并通过箝位机构的配合带动动子运动的机构，驱动叠密加工、生物医学工程、半导体及微电子数据存储、光学、光堆安装在动子结构外部，通过与箝位机构配合实现对动子收稿日期：2012-11-23基金项目：国家自然科学基金资助项目(50605027)传感器与微系统