基于雙穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)的壓電精密定位驅(qū)動器設(shè)計.pdf

1、精密定位驅(qū)動技術(shù)是實現(xiàn)精密制造和精確測量的重要途徑，在航空航天、武器系統(tǒng)、微機械制造、集成電路、超精密加工、半導(dǎo)體技術(shù)、微電子封裝(SMT)、生命與醫(yī)療科學(xué)等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用需求。
　　精密定位驅(qū)動技術(shù)的實現(xiàn)依賴于智能驅(qū)動材料與彈性支撐結(jié)構(gòu)的集成設(shè)計，而壓電智能材料所固有的遲滯非線性已成為限制定位精度提高的瓶頸，并且在特殊情況下會引起系統(tǒng)震蕩，造成系統(tǒng)位移輸出不穩(wěn)定。因此，需要從驅(qū)動器彈性結(jié)構(gòu)設(shè)計方面探索和研究消除遲滯影響的新途

2、徑。本論文主要展開了以下研究工作:
　　(1)針對傳統(tǒng)壓電驅(qū)動器驅(qū)動位移小、能耗高和受壓電材料遲滯非線性影響嚴(yán)重的問題，提出兩種基于雙穩(wěn)態(tài)彈性元件的新型壓電驅(qū)動器設(shè)計方法，利用雙穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)在特定位置無需驅(qū)動電壓即可定位的特征來消除材料遲滯造成的定位誤差。具體包括:(a)以保證雙穩(wěn)態(tài)特征前提下的低驅(qū)動能耗為目標(biāo)，建立了雙穩(wěn)態(tài)梁式驅(qū)動器壓電材料布局優(yōu)化設(shè)計模型，得到一種中間鋪設(shè)壓電材料的新型雙穩(wěn)態(tài)驅(qū)動器，分析了壓電材料的鋪設(shè)位置和長度對

3、驅(qū)動能耗和行程的影響關(guān)系;(b)以增大驅(qū)動器行程為目標(biāo)，提出一種新型大行程雙穩(wěn)態(tài)驅(qū)動器的設(shè)計方法，協(xié)同設(shè)計壓電材料布置、雙穩(wěn)態(tài)梁構(gòu)型、位移放大機構(gòu)及其連接形式等參數(shù)，使定位點處所需要的驅(qū)動電壓為零，進而消除遲滯的影響，數(shù)值實驗驗證了所提出的設(shè)計方法的可行性。
　　(2)針對多級精密定位的應(yīng)用需求，提出多單胞結(jié)構(gòu)級聯(lián)的多穩(wěn)態(tài)定位驅(qū)動器的設(shè)計方法。(a)以低驅(qū)動電壓為目標(biāo)，借助拓?fù)鋬?yōu)化技術(shù)，建立了雙穩(wěn)態(tài)鼓包式驅(qū)動器的壓電材料布置優(yōu)化設(shè)