超声电机驱动的大行程高精度二维运动平台关键技术的研究

更新时间：2020-03-27 01:49:36 大小：10M 上传用户：gsy幸运查看TA发布的资源 标签：超声电机驱动 下载积分：3分评价赚积分（如何评价?）打赏收藏评论(0) 举报

资料介绍

精密运动平台在显微外科手术设备、电子隧道扫描显微镜、三坐标测量机等很多精密设备上都有着广泛的应用需求。利用压电陶瓷的逆压电效应工作的超声电机以其响应快、分辨率高等独特的性能愈来愈得到精密驱动领域专家学者的重视和认可。目前，利用压电陶瓷的静变形来实现纳米级定位精度的运动平台，其行程往往只有几十到几百微米，而利用电磁电机和压电作动器组合而成的宏微结合运动平台又有着机械结构和控制系统复杂的缺点，因此，由具有纳米级位移分辨率的超声电机构建大行程、高精度运动平台成为前沿技术之一。

本文的主要工作围绕着超声电机驱动的大行程、高精度运动平台的关键技术，进行了深入的研究，并取得以下成果:

(1)研究了行波型旋转超声电机的单周速度波动率、步距一致性的问题，提出了一种提高单周速度稳定性的结构改进方案。理论分析认为加工和装配误差引起的定/转子接触界面上沿圆周方向的压力不均衡是影响行波型旋转超声电机单周速度稳定性、步距均匀性的主要原因之一。为此，提出一种单轴承支撑附加调心结构的方案，可以使接触界面实现压力自平衡，改善接触界面的压力分布。实验结果表明，空载单周相对速度波动率降低了约40.0％，波动小于±2.0％;这有利于提高运动平台开环步进运动时步距的一致性。

(2)研究了行波型旋转超声电机的最小响应脉冲宽度和电机关断时过冲量的大小。旋转超声电机的启动/停止瞬态特性决定了其角度分辨率，进而影响丝杠平台的位移分辨率（最小步距），影响运动平台的定位精度。结合丝杠导程(4mm)，研究结果可以预测出超声电机驱动的丝杠平台理论上所能达到的定位精度（0.6μm）。

(3)开发了行波型旋转超声电机驱动的二维平台。利用直线光栅尺和编码器两种不同的位置反馈单元的信号作比对，分别测试了平台的螺距不均匀误差、回程误差，并在搭建的基于GT-400运动控制卡的控制系统中对其进行了补偿，将丝杠平台的定位精度由丝杠的标称定位精度±5μm提高至±2.5μm。

(4)直线超声电机驱动的运动平台的性能很大程度上取决于直线超声电机的性能，而直线超声电机的性能很大程度上取决于其定子与动子（平台）的接触状态，而为了减小接触变形对定位精度的影响，本文采用高硬度摩擦材料（ZrO、AL2O3）作为摩擦副。因此，...