论文题目: 压电步进精密驱动器理论及实验研究
论文类型: 博士论文
论文专业: 机械设计及理论
作者: 刘建芳
导师: 杨志刚,程光明
关键词: 压电步进驱动器,柔性铰链,外驱动型,内驱动型,内箝位
文献来源: 吉林大学
发表年度: 2005
论文摘要: 压电步进精密驱动器是利用压电材料的逆压电效应产生的位移,并且利用仿生学步进运动的原理来实现压电步进精密运动。论文从理论和试验两方面进行了系统的研究。本文对外驱动和内驱动两种驱动方式的压电精密驱动器的工作原理、运动方式及动力学模型进行了详细地分析和研究,推导了能表征其工作特点的主要参数方程(箝位力方程、预紧力方程、驱动传递函数方程、箝位过程周期激励的稳态响应方程、在预紧状态下驱动过程的动力学方程等),为压电步进驱动器的设计提供了必要的理论依据,同时对各个参数进行了详细的试验测量。论文提出了压电步进驱动器的双向推力工作方式,并且采用压电叠堆驱动方式有效的提高了驱动器的双向推力稳定性和均衡性。论文提出了内箝位型压电步进旋转驱动结构,并首次利用扭转、弯曲组合变形薄壁柔性铰链结构实现了压电步进驱动运动。本文对该铰链结构的变形原理进行了理论分析,推导了频率、步进转角、驱动力等参数方程。通过对参数的详细测量证明,压电步进旋转精密驱动器达到了良好的工作性能。研究开发了压电步进精密驱动器的控制系统。提出的6 段周期波时序控制方式以及梯形波的“S”形修正波形和设计的高频放电电源回路,有效实现了压电步进驱动过程的高频和稳定性,减小了冲击和振荡。所设计、制造的直线型和旋转型压电步进精密驱动器实现了精密、大载荷、高速、稳定步进驱动的特性,具有广泛的应用前景。
论文目录:
第一章 绪论
1.1 前言
1.2 压电精密驱动器的分类及特点
1.2.1 压电超声波驱动器
1.2.2 压电精密定位微动工作台
1.2.3 压电惯性驱动器
1.2.4 压电步进精密驱动器
1.3 压电精密驱动器的应用领域
1.4 压电步进精密驱动器的研究背景及研究进展
1.5 本论文的主要研究内容
第二章 压电步进驱动器基本理论及工作原理
2.1 压电叠堆的工作特性
2.1.1 压电效应及基本工作原理
2.1.2 电容特性
2.1.3 响应特性
2.1.4 迟滞特性
2.1.5 力学特性
2.1.6 分辨率和重复性
2.2 压电步进驱动的工作原理
2.2.1 步进运动的基本原理
2.2.2 外驱动型压电步进驱动工作原理
2.2.3 内驱动型压电步进驱动工作原理
2.2.4 压电步进驱动的正反向推力工作原理
2.3 本章小结
第三章 外驱动型压电步进精密驱动器的设计及特性研究
3.1 引言
3.2 外驱动型压电步进精密驱动器的结构设计
3.2.1 总体结构设计及工作原理分析
3.2.2 箝位结构设计及分析
3.2.3 驱动结构设计及运动分析
3.2.4 预紧结构设计与分析
3.3 动力学分析
3.3.1 步进运动过程的动力学分析
3.3.2 箝位结构的动力学及其有限元模型分析
3.3.3 驱动结构的动力学及其有限元模型分析
3.4 外驱动型压电步进精密驱动器的特性研究
3.4.1 箝位特性研究
3.4.2 驱动特性研究
3.4.3 系统频率特性研究
3.4.4 分辨率特性研究
3.4.5 驱动速度特性研究
3.5 外驱动型压电步进精密驱动器的影响因素分析
3.5.1 设计因素
3.5.2 环境振动
3.5.3 摩擦阻尼
3.5.4 外界温度
3.6 本章小结
第四章 内驱动型压电步进精密驱动器的设计及特性研究
4.1 引言
4.2 内驱动型压电步进精密驱动器的基本原理及试验方案
4.2.1 基本工作原理及试验结构
4.2.2 工作参数分析
4.2.3 试验机构制作
4.2.4 试验测量
4.3 内驱动型压电步进精密驱动器的结构设计及工作原理分析
4.3.1 内驱动型压电步进精密驱动器的内部总体结构
4.3.2 内驱动型压电步进精密驱动器的工作过程分析
4.4 内驱动型压电步进精密驱动器的特性研究
4.4.1 实验装置及测量系统
4.4.2 内驱动型压电步进精密驱动器的特性研究
4.5 本章小结
第五章 压电步进旋转精密驱动器的设计及特性研究
5.1 引言
5.2 电磁箝位型压电步进旋转精密驱动器的基本原理及实验
5.2.1 基本工作原理
5.2.2 结构分析
5.2.3 实验测量
5.3 内箝位型压电步进旋转精密驱动器结构设计及特性研究
5.3.1 总体结构及工作原理
5.3.2 箝位结构及运动分析
5.3.3 旋转结构及运动分析
5.3.4 实验及特性研究
5.4 本章小结
第六章 压电步进精密驱动器的控制系统研究
6.1 压电步进精密驱动器的控制时序
6.1.1 控制时序关系及工作原理
6.1.2 控制信号的波形修正
6.2 压电步进精密驱动器的控制系统原理
6.3 数字控制原理
6.4 高精密压电驱动电路设计
6.4.1 稳压电源设计
6.4.2 电压和功率放大电路
6.5 串行通信集成控制系统
6.6 本章小结
第七章 结论
7.1 论文总结
7.2 论文创新点
参考文献
攻读博士期间发表的学术论文
摘要
ABSTRACT
致谢
发布时间: 2006-01-17
参考文献
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