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新型压电双晶片式惯性旋转驱动机构的研究

作　者: 王宝鹏
导　师: 曾平
学　校: 吉林大学
专　业: 机械设计及理论
关键词: 逆压电效应压电双晶片摩擦系数 LabVIEW 步长控制
分类号: TH703.8
类　型: 硕士论文
年　份: 2007年
下　载: 112次
引　用: 2次
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内容摘要

压电惯性驱动机构具有结构紧凑,响应特性好,无电磁干扰,易于控制等优点,适用于高分辨率,大行程的工作场合,作为微小机械、精密机械的新型驱动装置受到国内外广大研究人员的关注。本文提出利用对称电压信号驱动压电双晶片振子,通过控制驱动机构和接触面之间的摩擦力矩并和惯性冲击力矩有序配合致动的新型压电双晶片式惯性旋转驱动机构(以下简称新型压电惯性旋转驱动机构)的研究方案。主要内容如下:1.分析了压电驱动器的特点、类型及压电惯性驱动领域的国内外研究现状。通过对压电驱动基础理论的研究,分析了压电振子的结构特点、振动模式、常见支撑形式和性能参数的计算等,为新型压电惯性驱动机构驱动元件的设计提供了理论基础。2.对压电双晶片振子的静动态特性进行了研究。理论分析了压电双晶片尺寸参数对压电振子端部变形量和刚度的影响,建立了压电振子的振动微分方程。试验测试了压电振子在静态电压下的变形量,压电振子的幅频特性和阶跃响应等,确定了驱动机构的驱动电压信号。3.根据新型压电惯性驱动机理,设计了具有特殊驱动足的新型压电惯性旋转驱动机构。研究了惯性力矩的产生,摩擦力矩的改变形式,并对驱动机构进行了运动分析。4.研制了新型压电惯性旋转驱动机构样机,并作了相关性能测试。测试了驱动机构转动速度、步长、承载能力等性能指标,对试验结果进行了分析。试验证明:新型压电惯性旋转驱动机构具有运动平稳、分辨率高、承载能力强等特点。5.基于LabVIEW虚拟仪器软件开发了闭环反馈步长控制系统。试验证明该控制系统可以有效提高驱动机构运动步长的稳定性。针对控制系统的不足提出了改进方向。

全文目录

提要  5-9
第1章绪论  9-19
  1.1 引言  9
  1.2 压电驱动器概述  9-13
    1.2.1 压电驱动器的特点  9-10
    1.2.2 压电驱动器的类型  10-12
    1.2.3 压电驱动器的应用领域  12-13
  1.3 压电惯性驱动器的国内外研究现状  13-17
    1.3.1 国内研究现状  13-15
    1.3.2 国外研究现状  15-17
    1.3.3 选题的意义  17
  1.4 本文的研究内容  17-19
第2章压电驱动理论研究  19-30
  2.1 压电材料的发展  19-20
  2.2 压电效应与压电方程  20-24
    2.2.1 压电效应与逆压电效应  20-21
    2.2.2 压电性能参数与压电方程  21-24
  2.3 压电振子的特性研究  24-29
    2.3.1 压电振子的振动模式  24-25
    2.3.2 压电双晶片  25-28
    2.3.3 压电叠堆  28-29
  2.4 本章小结  29-30
第3章新型压电惯性旋转驱动机构结构设计  30-47
  3.1 新型压电惯性驱动机理  30-33
    3.1.1 正压力变化式惯性驱动机理  30-31
    3.1.2 摩擦系数变化式惯性驱动机理  31-33
  3.2 新型压电惯性旋转机构驱动元件特性研究  33-40
    3.2.1 压电双晶片振子特性理论分析  33-36
    3.2.2 测试系统组成及试验方法  36-37
    3.2.3 压电双晶片振子特性试验测试  37-40
  3.3 新型压电惯性旋转驱动机构的结构设计与运动分析  40-46
    3.3.1 新型压电惯性旋转驱动机构结构设计  40-44
    3.3.2 新型压电惯性旋转驱动机构运动分析  44-46
  3.4 本章小结  46-47
第4章新型压电惯性旋转驱动机构试验研究  47-55
  4.1 新型压电惯性旋转驱动机构样机  47-48
  4.2 新型压电惯性旋转驱动机构测试系统  48-49
  4.3 新型压电惯性旋转驱动机构的性能测试  49-54
    4.3.1 驱动机构运动位移测试  49
    4.3.2 驱动机构步长试验测试  49-51
    4.3.3 驱动机构转速试验测试  51-53
    4.3.4 驱动机构承载性能测试  53-54
    4.3.5 驱动机构其他参数测试  54
  4.4 本章小节  54-55
第5章基于LABVIEW 的步长控制系统的研究  55-70
  5.1 控制系统的开发平台简介  55-57
    5.1.1 不同开发平台的闭环控制系统的特点  55
    5.1.2 LabVIEW 虚拟仪器简介  55-56
    5.1.3 NI 数据采集卡简介  56-57
  5.2 闭环反馈步长控制系统  57-63
    5.2.1 步长控制系统的程序设计  57-59
    5.2.2 基于LabVIEW 的步长控制系统的编译  59-63
    5.2.3 平均步长测试系统的编译  63
  5.3 闭环反馈步长控制系统的试验研究  63-67
    5.3.1 驱动机构运动步长稳定性试验研究  63-65
    5.3.2 闭环控制系统控制参数试验研究  65-67
  5.4 控制系统的改进  67-68
  5.5 本章小结  68-70
第6章结论与展望  70-73
  6.1 论文结论  70-71
  6.2 研究展望  71-73
参考文献  73-77
摘要  77-80
ABSTRACT  80-83
致谢  83

新型压电双晶片式惯性旋转驱动机构的研究

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