光控微鏡用PLZT陶瓷執(zhí)行器的驅(qū)動(dòng)與控制研究.pdf

1、MOEMS微鏡的驅(qū)動(dòng)裝置是其核心部件，通過不同的微鏡驅(qū)動(dòng)裝置可以實(shí)現(xiàn)對入射光強(qiáng)度和相位的調(diào)制以及光路的選通。目前主要有壓電驅(qū)動(dòng)、電磁驅(qū)動(dòng)、電熱驅(qū)動(dòng)和靜電驅(qū)動(dòng)等驅(qū)動(dòng)方式。這些驅(qū)動(dòng)方式均需要導(dǎo)線連接、電磁激勵(lì)源，容易引入電磁干擾，并且無法在獨(dú)立環(huán)境中工作，因此開展利用鑭改性鋯鈦酸鉛(PLZT)陶瓷驅(qū)動(dòng)的光控微鏡及其驅(qū)動(dòng)控制策略的研究具有重要的意義。與傳統(tǒng)微鏡驅(qū)動(dòng)方式相比，PLZT陶瓷驅(qū)動(dòng)的光控微鏡無需電磁激勵(lì)源，具有非接觸遠(yuǎn)程光控、無線能量

2、傳輸、無電磁干擾、驅(qū)動(dòng)清潔等優(yōu)點(diǎn)，適于潔凈操作空間及真空等獨(dú)立工作環(huán)境下的遠(yuǎn)程非接觸操作。本文旨在利用PLZT陶瓷的光致特性實(shí)現(xiàn)對微鏡裝置的非接觸式閉環(huán)控制，分別針對PLZT陶瓷在微鏡平移和旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)中的應(yīng)用設(shè)計(jì)了新型的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，并基于PLZT陶瓷的多物理場耦合模型對所提出的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的閉環(huán)伺服控制進(jìn)行理論建模、仿真分析與實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，為光致伸縮智能材料在微驅(qū)動(dòng)工程領(lǐng)域的應(yīng)用提供理論依據(jù)。
　　對PLZT陶瓷在高能紫外光照射下的反常光生伏

3、特效應(yīng)、熱釋電效應(yīng)、壓電效應(yīng)機(jī)理進(jìn)行分析的基礎(chǔ)上，闡述了PLZT陶瓷多物理場耦合關(guān)系，并建立了PLZT陶瓷光照階段與光停階段的多物理場耦合數(shù)學(xué)模型。
　　通過對光控微鏡各組成結(jié)構(gòu)的選型進(jìn)行分析與討論，確定了光控微鏡的整體設(shè)計(jì)方案。對微鏡平移機(jī)構(gòu)的剛度、實(shí)際位移放大倍數(shù)、固有頻率等進(jìn)行分析，基于分析結(jié)果確定了相關(guān)尺寸參數(shù)，并利用有限元對微鏡平移機(jī)構(gòu)進(jìn)行了力學(xué)分析;推導(dǎo)了光電-靜電復(fù)合驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的旋轉(zhuǎn)角度，并分析了旋轉(zhuǎn)角度與PLZT

4、陶瓷光生電壓之間的關(guān)系。
　　基于PLZT陶瓷的多物理場耦合模型，分別推導(dǎo)PLZT陶瓷光致微位移閉環(huán)控制、PLZT/PVDF層合懸臂梁復(fù)合驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)撓度閉環(huán)控制以及PLZT陶瓷光生電壓閉環(huán)控制理論模型。并利用ON-OFF控制策略，在Matlab軟件中對所提出驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)進(jìn)行數(shù)值仿真分析。仿真結(jié)果表明，通過對PLZT陶瓷以及基于PLZT陶瓷的新型復(fù)合驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)實(shí)施ON-OFF控制策略，能夠?qū)崿F(xiàn)對光控微鏡驅(qū)動(dòng)裝置的閉環(huán)伺服控制。
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