文档介绍：中图分类号:TH703 论文编号:1028701 12-S090
学科分类号:080203
硕士学位论文
多自由度压电执行器驱动
的运动平台研究
研究生姓名泮振锋
学科、专业机械设计及理论
研究方向直线超声电机应用
指导教师金家楣副研究员
南京航空航天大学
研究生院航空宇航学院
二О一一年十二月
Nanjing University of Aeronautics and Astronautics
The Graduate School
College of Aerospace Engineering
The Research of Movement Platform Driven
by Multi-degree of Freedom Piezoelectric
Actuator
A Thesis in
Mechanical Design and Theory
by
Pan Zhenfeng
Advised by
Research Associate Jin Jiamei
Submitted in Partial Fulfillment
of the Requirements
for the Degree of
Master of Engineering
December, 2011
承诺书
本人声明所呈交的硕士学位论文是本人在导师指导下进行
的研究工作及取得的研究成果。除了文中特别加以标注和致谢
的地方外,论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果,
也不包含为获得南京航空航天大学或其他教育机构的学位或证
书而使用过的材料。
本人授权南京航空航天大学可以将学位论文的全部或部分
内容编入有关数据库进行检索,可以采用影印、缩印或扫描等
复制手段保存、汇编学位论文。
(保密的学位论文在解密后适用本承诺书)
作者签名:
日期:2011 年 12 月 29 日
南京航空航天大学硕士学位论文
摘要
本课题得到了国家重点基础研究发展计划(973 计划)(资助号:2011CB707602), NSFC-广东
联合基金重点项目(资助号:U0934004)等基金的支持。
压电执行器,亦称超声电机,是一种依靠压电材料的逆压电效应来驱动的新型微电机,具有独
特的性能:体积小、响应快、断电自锁等特点,其中多自由度超声电机以其机械集成度高,在精密
机械以及精密加工等领域具有广阔的应用前景。本课题研究二自由度压电执行器,并在此基础上构
建二维运动平台,以及针对此平台的测量系统。主要研究内容包括:
调研当前多自由度压电执行器的发展过程和研究现状,并分析多维运动平台的现有技术特点和
存在的问题。
研究一种具有对称结构的二自由度压电执行器,分析工作机理,并进行模态分析和谐响应分析。
制作的原理样机经过扫频实验表明与理论分析基本吻合。
设计了一套采用正交方向的两组导轨导向、二自由度压电执行器直接驱动的二维运动平台。实
验表明,二自由度压电执行器可以有效驱动平台进行二维运动。由于两个方向上运动质量不同,导
致两个方向上运动速度具有明显差异。
针对上述问题提出了一种单板式平台结构。系统中没有导轨等导向机构,仅由一台电机来驱动
平板,实现平台的两维运动。具有结构紧凑、传动链短的特点,有望获得较高的可靠性和稳定性。
使用了 PSD 传感器作为运动平台位移检测和 DSP 控制器进行定位控制,避免了通常设置两个
光栅尺的检测方案中,由于安装误差导致的检测误差增大现象。
原理样机实验表明:二自由度压电执行器直接驱动平台的设计方案是可行的,同时也发现,结
构设计细节、零件加工工艺和相关控制方法有待进一步深入研究。
关键词:超声电机,多自由度,多维运动平台,PSD,光电位置传感器
本文工作得到了国家重点基础研究发展计划(973 计划)(资助号:2011CB707602),
NSFC-广东联合基金重点项目(资助号:U0934004)等基金的支持。
本文工作在机械结构力学及控制国家重点实验室完成。
i
多自由度压电执行器驱动运动平台研究
ABSTRACT
This project is granted by the project of the National Basic Research Program of China (973
Program) and the