压电陶瓷特性研究及上位机控制软件设计

【摘要】随着微电子学科的发展,目前已经进入“亚微米—纳米时代”。压电陶瓷在该技术领域的应用具有优势,因而针对压电陶瓷性能和控制器的研究成为热点,开展该课题研究,对于缩小我们与世界先进国家的距离,促进我国精密仪器、精密加工的水平,提升我国纳米技术方面的发展具有重要的意义。本文分析了压电陶瓷执行器研究现状,阐述了压电陶瓷执行器驱动原理,重点对压电陶瓷执行器电压—位移特性、力—位移特性、迟滞非线性等方面特性进行理论分析、建模与实验研究,并设计、验证上位机控制软件。首先,通过实验测定PST150/7/80VS12型压电陶瓷执行器的电压—位移特性、力—位移特性、温度特性、蠕变特性,将理论分析与实验研究结合,对各个特性进行分析。其次,针对压电陶瓷执行器迟滞非线性特性,基于preisach模型建模并应用线性插值法和BP神经网络作为模型实现方法,对模型进行仿真和实验研究。再次,对驱动电压、预紧力双因素进行正交实验设计,并对测得位移数据采用回归分析,将多种函数形态所得的回归方程进行比较,达到最佳的不同驱动电压、预紧力下的位移数学模型,并进行实验验证。最后,为了实现对压电陶瓷的控制,对上位机控制软件进行二次设计和开发,保留原有的经典电压控制波形和单点控制功能,增加根据需求设定的波形文件读取,生成任意波形功能及数据可视化的绘图功能。所读文件格式为txt或者Excel,文件读取功能中读入的数据可以是电压也可以是位移,数据若为位移则可通过前面得出的数学模型和电压数据转换算法,将位移转换成电压,发送至下位机,实现对压电陶瓷执行器的控制。在导轨直线度补偿上进行了软件测试,验证了该控制软件的有效性。
【作者】罗琪；
【导师】李克天；
【作者基本信息】广东工业大学，机械工程，2014，硕士
【关键词】压电陶瓷执行器；迟滞非线性；回归分析；Preisach模型；

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