【摘要】：伴隨著光纖對接、自適應光學等現(xiàn)代精密產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展,精密運動平臺的研究已經(jīng)成為這些領域進一步深入研究的關鍵支撐。針對精密運動平臺不同的驅動要求,產(chǎn)生了各式各樣新型的驅動器。步進式壓電驅動器是一種新型驅動器,具有行程大、分辨力高、結構簡單、響應迅速、操作穩(wěn)定及不受電磁干擾等優(yōu)點。因此建立起以步進式壓電驅動器為核心的直線運動系統(tǒng)對該類驅動器的研究及在運動平臺中的實際應用具有重要的意義。本文首先提出了一種雙足步進式壓電驅動器的基本構型,分析了驅動器的致動原理,規(guī)劃出致動元件的動作時序,設計了驅動器的兩種結構方案。為對驅動器的結構進行分析,建立了箝位力分析的等效模型,推導出箝位力計算公式。使用有限元仿真軟件ANSYS對驅動器進行分析,從而確定了驅動器的結構方案與具體結構參數(shù)。相關分析為雙足步進式壓電驅動器的設計提供了理論基礎。針對雙足步進式壓電驅動器的實際驅動要求,本文研制了對應的驅動電源與運動控制系統(tǒng),用于對驅動器的驅動與運動狀態(tài)的控制。驅動電源由正負直流電壓供電電路與線性放大電路組成,具有四路電壓、頻率、相位差均可調的驅動信號輸出能力,且輸出的驅動信號可由輸入的控制信號實現(xiàn)控制。驅動電源測試結果表明,輸出電壓在±200V范圍內,且具有良好的線性度與驅動能力。運動控制系統(tǒng)使用Matlab的Simulink Real-Time工具包進行開發(fā),可輸出四路控制信號,并具有位置檢測功能,實現(xiàn)對驅動器運動狀態(tài)的實時控制。最后,本文完成了步進式壓電驅動直線運動系統(tǒng)的搭建,系統(tǒng)主要由雙足步進式壓電驅動器、驅動電源與運動控制系統(tǒng)組成。對雙足步進式壓電驅動器的機械輸出特性及直線運動系統(tǒng)的運動特性進行了測試,實驗驗證了等效模型建立的正確性,并為運動控制程序的設計提供了數(shù)據(jù)支撐。實驗結果表明,驅動器的最大驅動力為13.2N,最大平均速度為47.6μm/s。通過對位置信息進行測量與采集,運動控制系統(tǒng)可通過變步距實現(xiàn)直線運動系統(tǒng)的定位控制,步進式工作模式下,定位精度為±1μm。
[Abstract]:With the rapid development of optical fiber docking, adaptive optics and other modern precision industries, the research of precision motion platform has become the key support for further research in these fields. According to the different driving requirements of precision motion platform, a variety of new drivers have been produced. Stepping piezoelectric actuator is a new type of actuator, which has the advantages of large stroke, high resolution, simple structure, quick response, stable operation and no electromagnetic interference. Therefore, the establishment of a linear motion system with stepping piezoelectric actuator as the core is of great significance to the research of this kind of actuator and its practical application in the motion platform. In this paper, the basic configuration of a biped step piezoelectric actuator is proposed, the actuation principle of the actuator is analyzed, the action time sequence of the actuator is programmed, and two kinds of structure schemes of the actuator are designed. In order to analyze the structure of the actuator, the equivalent model of the clamping force analysis is established, and the calculating formula of the clamping force is derived. The finite element simulation software ANSYS is used to analyze the driver, and the structure scheme and specific structure parameters of the driver are determined. The correlation analysis provides a theoretical basis for the design of bipedal piezoelectric actuator. According to the actual driving requirements of biped stepping piezoelectric actuator, the corresponding driving power supply and motion control system are developed in this paper, which can be used to control the drive and motion state of the actuator. The driving power supply consists of a positive and negative DC voltage power supply circuit and a linear amplifier circuit. It has the ability to output the drive signal with adjustable four-channel voltage, frequency and phase difference, and the output drive signal can be controlled by the input control signal. The test results of driving power supply show that the output voltage is in the range of 鹵200V, and it has good linearity and driving ability. The motion control system is developed with the Simulink Real-Time toolkit of Matlab. It can output four control signals and has the function of position detection to realize the real-time control of the motion state of the driver. Finally, the linear motion system of step-by-step piezoelectric drive is built. The system consists of bipedal piezoelectric actuator, driving power supply and motion control system. The mechanical output characteristics of biped stepping piezoelectric actuator and the motion characteristics of linear motion system are tested. The experimental results verify the correctness of the equivalent model and provide data support for the design of motion control program. The experimental results show that the maximum driving force of the driver is 13.2N and the maximum average speed is 47.6 渭 m / s. By measuring and collecting the position information, the motion control system can realize the position control of the linear motion system by changing the step distance. Under the step mode, the positioning precision is 鹵1 渭 m.
【學位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：TN384

【參考文獻】

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本文編號：2444005