压电执行器位移自感知方法研究.pdfVIP

维普资讯 第44卷第6期 大 连 理 工 大 学 学 报 Vo1．44．NO．6 2004年 l1月 JournalofDalianUniversityofTechnology Nov．2004 文章编号 ：1000—8608(2004)06—0815—04 压 电执 行 器 位 移 自感 知 方 法 研 究 董 维 杰 ， 崔 玉 国 ， 张 小 军 ， 李 涵 (1．大连理工大学 电子与信息工程学院，辽宁 大连 116024； 2．宁波大学 工学院．浙江 宁波 315211) 摘要 ：在压电执行器闭环控制系统中，需要位移传感器提供位移反馈量．为了省略位移传感 器 ，提出一种利用电子电路使压 电执行器 自感知其 自身位移的方法．根据压电电荷几乎与位 移成正比的特 点，用电子电路获得驱动电荷，从电荷换算位移．提 出了对压 电执行器采取电 压驱动和获取 电荷为一体 的复合驱动方法，高压运放输 出作为高压驱动电源，电流积分器获 得压电电荷．实验测量了带载和空载下压 电双晶片和压 电叠堆的 自由位移，通过涡流位移传 感器标定得到，双晶片位移 自感知误差小于 3．61 ，叠堆位移 自感知误差小于 1．81 ．实验 测量 了压电叠堆带载情况下的输出位移，结果表明可以用于带载位移 自感知． 关键词 ：压电执行器；位移传感器；复合电路；自感知 中图分类号：TP212．12 文献标识码：A 0 引 言 式中：D。为 z方向电位移 ，S．、71为应变和应力， s为弹性柔顺系数，g。为压电常数． 压 电执行器广泛用于机电系统的致动，如做 常用压电常数是 。。和 。。，g。和 。的关系为 微定位器、微进给驱动器．由于驱动电压与位移 ， g3f— a 之 间存在迟滞 ，常采用电容式位移传感器[1或激 =3iD3 (2) 33 光位移传感器[2]检测执行器结构的实际位移，从 当T 一0或71为定常数时 而组成闭环反馈控制系统．依据压电电荷与位移 Sf= g3D3 (3) 的线性关系，以压电电荷为反馈量代替位移传感 可见S与D。成比例．使用电位移的好处是 器进行闭环控制的方法称为电荷控制．一般用串 可以应用高斯定律 ，其积分形式为 联电容获取压电执行器的电荷[3]，但是 串联 电容 Q 一 JJDdS (4) 要与压电执行器分压．Furutani等 在压电叠堆 S 执行器的上下两面各贴一片不做执行器的压电晶 式中Q是高斯面所包围的总自由电荷． 片，在这两片晶片上能感应出压电叠堆执