冲击式压电马达建模仿真与激励电路研究

【摘要】：冲击式压电马达以压电陶瓷为驱动元件,在锯齿波信号作用下激励定子产生不对称的周期性运动,利用惯性摩擦作用形成定子和动子界面的粘滑运动,从而推动动子实现单方向的步进位移。该类马达除可工作在上述亚微米级位移分辨率的步进驱动模式,亦可工作在运动速度达数毫米每秒的平滑驱动模式,还可工作在纳米级位移分辨率的扫描驱动模式,有效地缓解了大行程和高精度之间的矛盾,在跨尺度微型精密定位操作系统中表现出良好的发展前景。然而,压电陶瓷元件电压激励存在的迟滞、蠕变等非线性因素,不仅影响扫描驱动模式下的定位精度,步进驱动模式下的步进运动亦会因此而累积误差,严重影响到冲击式压电马达的实际应用效果。本论文通过冲击式压电马达建模仿真和激励电路研究,探索提高该类马达三种驱动模式下开环控制精度的方法,主要工作包括:1.建立冲击式压电马达动力学理论模型,仿真分析三种驱动模式下的运动特性以及影响定位精度的主要因素;2.分析压电陶瓷典型的激励电路,设计适用于冲击式压电马达的电荷激励电路,分析主要电路参数对驱动性能的影响;3.搭建实验测试平台,对比分析直线冲击式压电马达N-422.50在电压、电荷激励下的驱动性能。测试结果表明:电荷激励电路可满足该类马达三种驱动模式的工作要求;扫描驱动模式下,电荷激励在0.5~100Hz范围内可获得较好的线性度;步进驱动模式下,电荷激励在1~100Hz范围内具有稳定的步进位移。本论文研究表明电荷激励用于压电冲击驱动机构跨尺度精密定位具有良好的研究价值和应用前景。