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二维压电微动平台的研究

刘雪瑞  
【摘要】:压电微动平台因其精度高、无摩擦、控制方法简单和结构紧凑等优点被广泛应用于精密驱动、精密定位、精密与超精密加工等领域。为满足航空航天领域光学稳像技术对微动平台提出的快速响应、抗过载、高功率体积比等要求,本文基于三角放大原理提出一种新型二维压电微动台,以叠层压电陶瓷为作动单元,在放大位移的同时具有精度高、响应快、分辨率高,双向输出特性对称的优点,具体研究工作如下:概述目前稳像技术及精密驱动器的发展现状,分析目前各类驱动器优缺点,指出压电微动平台用于航空航天领域光学稳像驱动装置的优势,并指出本文研究高动态性能、大行程的二维压电微动平台设计目标。介绍了压电材料的基本特性,并进行理论建模、机电特性分析、动态特性分析;针对本文使用的叠层压电陶瓷进行基本力学性能测试和参数标定。为提高行程和双向输出性能,提出了一种一维微位移双向压电作动器,建立静力模型,并利用有限元进行参数优化;样机的行程达105μm,位移分辨率为100nm,阶跃响应时间为毫秒级,双向输出性能对称,刚度与计算值的误差不超过22.6%。结合一维微位移双向压电作动器和柔性双平行四杆机构提出了一种二维压电微动平台,建立其静力、动力学理论模型,以最佳的静动态性能作为优化目标,进行参数优化设计;样机实验验证了理论模型的正确性,两方向行程达41.6μm,42.9μm,耦合位移不超过行程的11.7%,阶跃响应时间为毫秒级,双向输出特性对称,位移分辨率为50nm,刚度与计算值的误差不超过8%。


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