壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)電源的研究

1、壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)電源的研究壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)電源的研究p 隨著精密工程與精細(xì)工程的迅速發(fā)展，亞納米和納米級(jí)定位技術(shù)和微動(dòng)伺服技術(shù)已成為微機(jī)電系統(tǒng)、超精密加工和生物工程等前言學(xué)科的關(guān)鍵技術(shù)。p 壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器系統(tǒng)作為理想的納米級(jí)微位移器件具有體積小、位移分辨率高、頻響高、承載力大、無噪聲、不發(fā)熱等優(yōu)點(diǎn)。p 但壓電陶瓷存在的遲滯蠕變等非線性特性給控制帶來了困難，制約了應(yīng)用。p 驅(qū)動(dòng)電源是引起其遲滯蠕變現(xiàn)象的主要原因之一。課題的研究意義課題的研究意義壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)電源分為兩種：電壓型驅(qū)動(dòng)電源和電流型驅(qū)動(dòng)電源。電壓型驅(qū)動(dòng)電源又分為兩種：直流放大式驅(qū)動(dòng)電源和開關(guān)式驅(qū)動(dòng)電源。基于直流變換原理的開關(guān)式驅(qū)動(dòng)電源原理圖如圖

2、1所示：驅(qū)動(dòng)電源的分類驅(qū)動(dòng)電源的分類圖 1 開關(guān)式驅(qū)動(dòng)電源原理圖特點(diǎn)：功耗小、效率高、體積小等優(yōu)點(diǎn)高頻干擾大、輸出紋波大、頻響范圍窄等缺點(diǎn)直流放大式驅(qū)動(dòng)電源原理圖如圖2所示：圖 2 直流放大式驅(qū)動(dòng)電源原理圖特點(diǎn)：輸出紋波小、頻響范圍較寬等優(yōu)點(diǎn)；使用分立器件構(gòu)成高壓放大器時(shí)得注意輸出電壓的非線性、頻響、自激振動(dòng)等問題針對(duì)分立元件構(gòu)成高壓運(yùn)放所存在的問題，專家學(xué)者提出了各種解決方案：p 文獻(xiàn)【1】采用恒流源代替三極管基極電阻，有效降低了輸出電壓的紋波；p 文獻(xiàn)【2】采用超前電容補(bǔ)償和引入補(bǔ)償電阻來消除驅(qū)動(dòng)容性負(fù)載產(chǎn)生的自激現(xiàn)象；p 文獻(xiàn)【3】利用集成高壓運(yùn)放PA85配合少量外圍器件，有效解決了電壓

3、非線性問題，提高了頻響，減小了自激。電荷控制型驅(qū)動(dòng)電源可以明顯地改善壓電陶瓷的遲滯和蠕變；但由于壓電陶瓷的內(nèi)阻高，充電電流小，響應(yīng)時(shí)間長，更適合于靜態(tài)或?qū)︻l響要求不高的場合。p 文獻(xiàn)【4】采用集成元件代替分立元件，恒流源驅(qū)動(dòng)，獲得了良好的動(dòng)態(tài)性能。p 文獻(xiàn)【5】提出的帶補(bǔ)償性質(zhì)的電流源可以使遲滯和蠕變都降至1.5%,非常適合于靜態(tài)定位。p 文獻(xiàn)【6】提出一種附加電極板電荷反饋控制方法,其位移與誘導(dǎo)電荷間的遲滯僅為1.7%電荷控制型驅(qū)動(dòng)電源p 基于電壓驅(qū)動(dòng)方式的壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)電源結(jié)構(gòu)簡單,可控性強(qiáng),技術(shù)比較成熟,但是存在遲滯、蠕變、帶寬窄等固有缺點(diǎn)。p 為克服這些缺點(diǎn)使控制線性化,需要引入反饋環(huán)節(jié)

4、,或者添加控制算法,這增加了控制的復(fù)雜程度,降低了可控性。p 使用電流驅(qū)動(dòng)方式可以通過控制電荷來線性控制壓電陶瓷位移,簡化控制過程,提高開環(huán)控制精度,p 電流驅(qū)動(dòng)方式卻因電路中各種漏電流的存在很難達(dá)到靜態(tài)穩(wěn)定。參考文獻(xiàn)參考文獻(xiàn)1 馮曉光,趙萬生,栗巖,等.減小壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)電源紋波的 一種有效方法.哈爾濱工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào), 1997, 19(1): 35-38.2 趙建偉,孫徐仁,田蔚.低頻壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)電源研制.壓電與聲光, 2002, 24(2): 107-110.3 李福良.基于PA85的新型壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)電源.壓電與聲光, 2005,27(4): 392-394.4吳一輝,楊宜民,王立鼎.壓電定位元件的非線性及其線性化控制原理.功能材料與器件學(xué)報(bào), 1996, 2(3): 166-171.5RONKANEN P,KALLIO P. Current control of piezoelectric actuatorwith power loss compensation. Proceedings of the 2002 IEEE/RSJ,2002: 1948-1952.6FURUTANIK,URUSHIBATAM.Displacementcontrolofpiezoelec