基于压电纤维的微驱动器特性研究

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精密制造与测量以及微操作技术已渐成为实现先进制造的重要支撑技术,其中高精度的定位技术是实现先进制造的基础技术和关键技术之一,在现代先进制造工业中发挥着关键作用。微位移驱动器是精密定位的功能部件,同时也是关键部件。国内外众多从事精密加工与测量技术的相关专家和学者都在致力于新型微位移驱动器的驱动机理与应用基础的研究,取得的研究成果为当今先进制造技术水平的提高提供了坚实的技术支持。  本文在对国内外各种微位移驱动器工作机理的进行深入分析基础之上,首次提出将压电纤维复合材料作为微位移源的设想,并研制了一种新型简易的压电式微位移驱动器。借助仿真软件ANSYS模拟了压电纤维复合材料的驱动特性,通过实验对驱动器的相关特性进行了研究分析。论文的主要内容及研究成果如下:  (1)总结了当前微位移驱动器的研究现状和未来发展趋势,系统地分析了现有的各种常见的微位移驱动器的结构原理与性能特点。  (2)基于传统的压电方程建立了适用于压电纤维复合材料的压电本构方程,借助于仿真软件ANSYS,对压电纤维复合材料的驱动特性进行了仿真分析,为选择合适规格的压电纤维复合材料做微位移源提供了依据。  (3)研究了压电纤维复合材料为微位移源提供的三种工作模式,通过分析比较选择了压电纤维复合材料的延伸模式作为微驱动器微量位移输出方案,并进行了驱动器的相关结构设计;借助于实验的方法,对驱动器的各项特性进行了研究,实验表明驱动器这种驱动器具有足够大的的输出位移和很好的位移线性度驱动器的位移分辨率为0.05μm/V。  (4)基于支持向量机回归理论,建立了微位移驱动器的驱动电压与输出位移迟滞非线性模型。试验结果表明,该模型简单、可靠,在0-60μm的驱动行程内,预测误差缩小到了3%以内。  本论文对新型压电式微位移驱动器结构及其特性的研究,拓展了压电纤维复合材料的应用领域,为微位移驱动器提供了一种新型驱动单元,研究成果在精密加工与精密测量领域具有重要的理论指导意义和实际应用价值。
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