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双柔铰导向式非共振压电直线电机

振动．测试与诊断 2018年第6期38卷 1103-1107,1287页

作者：王道智黄卫清孙梦馨许文运卢倩陈西府王寅南京航空航天大学机械结构力学及控制国家重点实验室南京210016 广州大学机械与电气工程学院广州510006 南京工程学院机械工程学院南京211167 盐城工学院机械工程学院盐城224051 华侨大学机电及自动化工程学院厦门361021

光波导封装等领域对拥有大行程、高精度以及高分辨率的微位移平台有大量需求,在研究微位移平台的过程中设计了一种双铰链导向式非共振压电直线电机。简述了电机的工作原理,完成了电机的结构设计,制作出电机的样机并完成相关的实验,实验... 详细信息

光波导封装等领域对拥有大行程、高精度以及高分辨率的微位移平台有大量需求,在研究微位移平台的过程中设计了一种双铰链导向式非共振压电直线电机。简述了电机的工作原理,完成了电机的结构设计,制作出电机的样机并完成相关的实验,实验设备主要有信号发生器、功率放大器、示波器和激光位移传感器等。实验表明,电机最大速度达到10.36mm/s,分辨率达到0.3μm,理论最大输出推力达到8.33N,电机设计达到预期目的。

关键词：非共振压电直线电机压电叠堆柔性铰链

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非共振式压电直线电机中的防剪切机构

振动．测试与诊断 2017年第6期37卷 1250-1255页

作者：孙梦馨王寅黄卫清卢倩南京航空航天大学机械结构力学及控制国家重点实验室南京210016 华侨大学精密仪器研究中心厦门361021

基于叠层压电陶瓷在使用中需要设计防剪切机构的特点,在总结非共振式压电直线电机的工作原理的基础上,对3种不同的防剪切机构进行了理论分析,结合已有的样机研究了其对非共振电机运动性能的影响,概述了其优势与劣势。在理论仿真分析中,... 详细信息

基于叠层压电陶瓷在使用中需要设计防剪切机构的特点,在总结非共振式压电直线电机的工作原理的基础上,对3种不同的防剪切机构进行了理论分析,结合已有的样机研究了其对非共振电机运动性能的影响,概述了其优势与劣势。在理论仿真分析中,得到最佳的机构形式,并对其进行结构优化,将最佳方案运用于定子结构中,制作了样机,实验结果验证了理论分析的正确性。新型样机在输入100V,100Hz的方波-三角波信号时,电机正向运动速度为209.1μm/s,反向运动速度为210.3μm/s。

关键词：压电直线电机非共振叠层压电陶瓷防剪切机构

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三角转换式双足压电直线电机的驱动电路设计

中国电机工程学报 2014年第S1期34卷 189-194页

作者：王凯黄卫清王寅潘松机械结构力学及控制国家重点实验室(南京航空航天大学) 江苏省南京市210016

设计了一种适用于三角转换式双驱动足非共振压电直线电机的驱动电路。该驱动电路采用PSo C3作为信号发生器,产生4路相位差为90的正弦波信号,再经过由OP07和PA42构成的两级线性电压放大电路以及由2SC5200和2SA1943构成的功率放大电路后,... 详细信息

设计了一种适用于三角转换式双驱动足非共振压电直线电机的驱动电路。该驱动电路采用PSo C3作为信号发生器,产生4路相位差为90的正弦波信号,再经过由OP07和PA42构成的两级线性电压放大电路以及由2SC5200和2SA1943构成的功率放大电路后,输出大功率的偏置信号,实现电机运行。同时,通过对电路幅频特性曲线图的分析,研究了自激振荡的产生与防止措施,并针对高频特性下出现的交越失真问题,提出了甲乙类单电源互补对称功率放大电路的方案。实验结果表明,该驱动电路能输出理想的正弦信号驱动电机稳定运行,其输出电压(0~120 V)与驱动频率(0~2 k Hz)均可进行独立连续调节,具有功率大、精度高的特点。

关键词：三角转换压电直线电机双驱动足驱动电路功率放大交越失真自激振荡

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三相驱动交替步进压电直线电机

中国电机工程学报 2016年第9期36卷 2538-2544页

作者：苏钊黄卫清王寅孙梦馨卢倩机械结构力学及控制国家重点实验室(南京航空航天大学) 江苏省南京市210016 华侨大学福建省厦门市361021

基于叠层压电陶瓷的压电直线电机有望应用于光波导封装等高新技术领域,已有的研究中电机性能有待提高。为此提出一种三相驱动交替步进压电直线电机。分析其工作机理,从理论上对比三相方波三角波(两路反相方波与一路三角波)电压信号与四... 详细信息

基于叠层压电陶瓷的压电直线电机有望应用于光波导封装等高新技术领域,已有的研究中电机性能有待提高。为此提出一种三相驱动交替步进压电直线电机。分析其工作机理,从理论上对比三相方波三角波(两路反相方波与一路三角波)电压信号与四相正弦波电压信号驱动下电机的输出特性,分析预压力对电机工作情况的影响,采用有限元方法对电机夹持结构进行刚度分析。根据分析结果设计了电机结构并制作了样机,通过实验测试了样机的机械性能,验证了该原理方案的可行性。在峰峰值为100V,频率为100Hz的三相方波三角波、四相正弦波电压信号驱动下,该电机的最大速度分别为0.502,0.432mm/s,最大推力分别为4.63,3.73N。文中提出的电机性能得到了提升。

关键词：压电直线电机叠层压电陶瓷交替作动步进三相驱动

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压电直线电机及其驱动控制的研究

压电直线电机及其驱动控制的研究

作者：孟益民南京航空航天大学

学位级别：硕士

本课题来源于国家自然科学基金项目《压电精密致动技术的基础研究》(项目编号:50735002)。压电直线电机能够直接输出直线运动,具有体积小,控制精度高、无电磁干扰、响应速度快、能量密度高等优点,在精密仪器和设备的驱动与控制方面有广... 详细信息

本课题来源于国家自然科学基金项目《压电精密致动技术的基础研究》(项目编号:50735002)。压电直线电机能够直接输出直线运动,具有体积小,控制精度高、无电磁干扰、响应速度快、能量密度高等优点,在精密仪器和设备的驱动与控制方面有广阔的应用前景。传统共振型压电直线电机工作时定子处于共振状态,其动力学和热力学稳定性问题需要进行深入细致的研究,才能实现高精度定位。本文以提高压电直线电机的稳定性和可控性为目的,提出了一种新型压电直线电机结构及驱动方法,并进行了实验研究。在电机原理方面,分析了传统共振型压电直线电机的不足,提出了一种非共振型压电直线电机。该电机利用叠层型压电陶瓷驱动电压低振幅大,且在一定频率范围内振幅保持不变的特点,直接由叠层型压电陶瓷驱动,具有驱动频率与速度成正比的特性。与共振型电机相比,工作稳定、可控性好。在电机结构方面,改进了传统压电直线电机定、动子之间的夹持结构,设计了一种基于柔性铰链的新型夹持结构。该结构能有效地限制定子的自由度,使其仅能在垂直于定、动子接触面方向运动,减小了电机运行中定、动子的相对晃动,提高了电机的稳定性。并在定子中设计了一种用于施加压电陶瓷预紧力的装置,该装置结构简单,能够预估预紧力的大小。在电机驱动方面,通过实验研究了叠层型压电陶瓷的特性,针对其特性提出了一种可驱动容性负载的新型驱动器。该驱动器使用±15V直流电源供电,输出四路峰峰值80V、相位差依次为90°的正弦波信号。该驱动器使用PSoC作为核心元件,具有较强的处理能力,为电机复杂控制算法的实现奠定了基础。

关键词：压电直线电机叠层型压电陶瓷非共振容性负载驱动器

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压电直线电机高精度离散滑模控制方法研究

压电直线电机高精度离散滑模控制方法研究

作者：冉再庆吉林大学

学位级别：硕士

随着科技的不断进步,诸多技术领域对高精度定位系统的需求越来越高。生物工程、医学工程、集成电路、航空航天、光纤维传输等方面,对微米及纳米级的精密定位及驱动控制技术的需求都是极其迫切的。压电直线电机是一种应用逆压电效应将电... 详细信息

随着科技的不断进步,诸多技术领域对高精度定位系统的需求越来越高。生物工程、医学工程、集成电路、航空航天、光纤维传输等方面,对微米及纳米级的精密定位及驱动控制技术的需求都是极其迫切的。压电直线电机是一种应用逆压电效应将电能转化为机械能的摩擦耦合式压电作动器,通过机械结构之间的摩擦作用将弹性体的往复运动转化为被控对象的直线运动,同时具有易于集成化和微型化的特点。压电直线电机运动平台是一个具有非线性、易共振、率相关及迟滞等特性的复杂系统,目前的控制研究大多停留在开环、PID等层面,急需先进有效的控制策略实现高精度的轨迹跟踪。本文首先介绍压电直线电机的特点及分类,然后对国内外学者在该研究对象的结构设计和控制方案取得的成果进行了综述。本文的研究主要分为两个方面:一是对压电直线电机进行开环特性测试分析、期望轨迹规划以及数学模型辨识,然后设计可以改善系统动态性能的串联校正环节;二是基于辨识出的模型,设计有效的闭环控制器实现纳米级精度的轨迹跟踪。本文首先对压电直线电机运动平台进行了开环特性测试与分析,深入了解电机的机械行程、作动机理与自身特性。为了得到电机的数学模型以便于控制器的设计,选用辨识精度更高的闭环扫频方案对被控对象进行扫频得到频域下的幅相特性曲线,通过幅相分析得到系统的传递函数。然后设计串联校正反馈控制器以改善系统带宽低动态性能较差的问题。但串联校正属于线性控制,对系统的非线性抑制能力不强,为了解决串联校正在轨迹跟踪实验中存在的稳态及动态性能较差等缺点,本文基于校正后的系统,选择结构简单、鲁棒性强的PI型离散滑模面设计基于串联校正的离散滑模控制器(DSMC),并构造Lyapunov函数对系统的稳定性进行证明,最后在搭建的压电直线电机运动平台上验证所设计方法的有效性,通过与传统PID、串联校正等进行轨迹跟踪对比实验,验证所提控制器的跟踪效果明显优于传统PID及串联校正反馈控制。由于DSMC选用的是线性PI型滑模面,对非线性系统的轨迹跟踪控制仍存超调与稳态误差较大的问题。因此,本文选择具有全局收敛性且抖振现象更小的非线性二阶终端滑模面,并引入低通滤波器的思想对滑模面进行改进,设计滤波器型二阶终端离散滑模控制器(2-TDSMC)。此外,根据Lyapunov稳定性定理对系统的稳定性进行了证明。不同期望轨迹跟踪实验表明,相比于DSMC,所设计的2-TDSMC大幅缩小了点到点单步往返轨迹跟踪时的超调与调节时间,将三阶S曲线轨迹跟踪的误差指标缩小了一倍以上。证明了所提控制器在以压电直线电机为核心的精密运动平台有良好的效果,具备一定的应用价值。

关键词：压电直线电机串联校正离散系统二阶终端离散滑模控制

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一种新型直动式压电直线电机的设计

压电与声光 2011年第2期33卷 239-243页

作者：陈培洪王寅黄卫清南京航空航天大学精密驱动研究所江苏南京210016

为研制高精度、大行程、宽频响的压电直线电机,提出了一种基于叠层型压电陶瓷的直动式压电直线电机。分析了电机的工作原理,对电机的结构进行了设计,制作了原理样机,并进行了实验研究。实验表明,在一定频率范围内,定子驱动足纵向振幅保... 详细信息

为研制高精度、大行程、宽频响的压电直线电机,提出了一种基于叠层型压电陶瓷的直动式压电直线电机。分析了电机的工作原理,对电机的结构进行了设计,制作了原理样机,并进行了实验研究。实验表明,在一定频率范围内,定子驱动足纵向振幅保持不变,且最大幅值为900 nm,电机最大无负载速度为4.8 mm/s,最大输出推力为4.5 N。

关键词：压电直线电机非共振低频实验研究

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一种双足驱动压电直线电机

中国机械工程 2014年第20期25卷 2719-2723页

作者：李海林王寅黄卫清梁宇南京航空航天大学机械结构力学及控制国家重点实验室南京210016

为研制高精度、大行程、大推力的压电直线电机,设计了一种基于叠层压电陶瓷的步进式压电直线电机。分析了电机的工作原理,对电机的结构进行了设计,制作了原理样机,并进行了实验研究。实验表明,在一定频率范围内,定子驱动足振幅与电压成... 详细信息

为研制高精度、大行程、大推力的压电直线电机,设计了一种基于叠层压电陶瓷的步进式压电直线电机。分析了电机的工作原理,对电机的结构进行了设计,制作了原理样机,并进行了实验研究。实验表明,在一定频率范围内,定子驱动足振幅与电压成线性关系,且最大振幅可达2.9μm,电机最大无负载速度为796μm/s,最大输出推力为4.8N,达到了预期的目的。

关键词：压电直线电机叠层压电陶瓷双足驱动非共振低频

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一种圆筒形压电直线电机的设计及实验研究

中国机械工程 2011年第12期22卷 1484-1488页

作者：陈培洪王寅黄卫清南京航空航天大学南京210016

为研制具有高分辨率、宽频响、大行程的压电直线电机,提出了一种基于叠层压电陶瓷的圆筒形压电直线电机,并利用碟形弹簧对叠层压电陶瓷进行预紧。在分析电机工作原理的基础上对电机的结构进行了设计,并制作了原理样机,对其进行了实验研... 详细信息

为研制具有高分辨率、宽频响、大行程的压电直线电机,提出了一种基于叠层压电陶瓷的圆筒形压电直线电机,并利用碟形弹簧对叠层压电陶瓷进行预紧。在分析电机工作原理的基础上对电机的结构进行了设计,并制作了原理样机,对其进行了实验研究。实验测定结果如下:在一定频率范围内定子驱动足输出振幅最大值为2μm,电机最大无负载速度为3.7mm/s,最大输出推力为4.3N。

关键词：压电直线电机叠层压电陶瓷碟形弹簧非共振实验研究