鎢青銅系列壓電陶瓷驅動器遲滯特性

隨著納米測量技術的發展,對於能夠實現納米級定位的多自由度微動工作臺的研究越來越受到人們的重視。微動工作臺驅動元件的選擇和使用直接影響著最終的性能指標。目前,在實踐中採用的微小位移驅動元件有很多種,而壓電陶瓷驅動器以其體積小、重量輕、驅動電壓不高、精度和位移解析度高、頻率回應快、不發熱、不產生雜訊、承載力大等特性,成為微定位控制領域應用最廣的驅動元件之一。
 
但是,壓電陶瓷材料所固有的非線性特性、遲滯特性、蠕變特性等,都大大限制了壓電陶瓷驅動器定位精度的進一步提高,其中遲滯誤差對精度的影響最大。因此,如何改善壓電陶瓷驅動器的遲滯特性成為我們實現超精密定位所需解決的首要問題。對此國內外專家學者進行了大量的研究,並提出了一系列的理論和方法來改善其特性。目前在驅動器的開環或半閉環控制中提出的減小遲滯的方法主要有:(1)電荷控制法;(2)在壓電陶瓷兩端串聯小電容的方法;(3)Preisach模型;(4)通用化的Maxwell模型;(5)多項式近似模型;(6)採用電容和電阻組成橋路。這些方法大都是通過建立複雜的數學模型來進行控制。
 
研究採用了一種新型的硬性鎢青銅結構的壓電陶瓷驅動器,這種驅動器和軟性的鈣鈦礦結構壓電陶瓷驅動器相比,遲滯特性、蠕變誤差均有很大改善,特別在性能方面上比較穩定。根據其電疇結構與晶體結構在變形過程中產生遲滯的主要原因,有學者提出了一種新的“抗遲滯”驅動方式,“抗遲滯”驅動方法可以大大降低壓電陶瓷驅動器遲滯誤差的影響,可用於在控制過程中不要求連續定位的微動器件的高精度開環控制,大大改善了壓電陶瓷驅動器的遲滯特性。

壓電陶瓷驅動器特性實驗系統示意圖
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