[实用新型]一种压电驱动器响应滞后特性辨识装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及柔性结构振动分析技术领域，具体涉及一种压电驱动器响应滞后特性辨识装置。

背景技术

传统丝杠机构一直用于实现一个精密定位运动。然而，传统的机构受到一些不利因素的影响，如侧隙、间隙、摩擦、磨损，这些都损害系统的定位精度。对于微纳定位系统，需要微米或纳米的分辨率和精度，作为典型的超高精度定位设备，压电驱动是一种广泛应用的手段，涉及到扫描探针显微镜，光刻制造，精密检测与精密操作等设备与相关领域。压电驱动器包含压电堆形式，压电片，压电薄膜等。

压电微纳定位系统一直展现出低阻尼，这会引起结构的振动问题。另外，压电驱动器的压电滞后和漂移作用的非线性把非线性因素引入系统，滞后是在压电驱动器施加电压和输出位移之间的非线性关系，严重时，将引入高于10～15％行程的开环定位误差。而且，输出信号取决于输入信号的频率，当输入信号的频率变化时，误差也相应地变化。因此，在精密定位与操作过程中压电驱动器的时滞特性应该辨识清楚，以便通过控制手段予以克服。

常用位移传感器包括电容传感器、光学传感器、应变传感器和电感传感器等。光学传感器能够实现大范围的高分辨率测量。常用的光学传感器包括激光干涉仪和激光位移传感器，激光位移传感器是基于三角测量方法。这些传感器虽然可以提供纳米级别的分辨率，但他们的体积庞大，不适合紧凑的系统应用。

实用新型内容

为了克服现有技术存在的缺点与不足，本实用新型提供一种压电驱动器响应滞后特性辨识装置。

本实用新型采用如下技术方案：

一种压电驱动器响应滞后特性辨识装置，包括悬臂梁、第一及第二复位弹簧、压电驱动器、锁紧机构、第一及第二激光位移传感器、压电放大器、信号发生器、A/D转换数据采集卡和计算机；

所述悬臂梁一端通过单自由度弯曲柔顺铰链固定，另一端为自由端；

所述压电驱动器及锁紧机构安装在悬臂梁的一侧，通过调整锁紧机构使压电驱动器与悬臂梁压紧；

所述第一及第二复位弹簧固定在悬臂梁的另一侧，第一及第二激光位移传感器与第一及第二复位弹簧位于同一侧，分别用于测量对应压电驱动器驱动点的横向位移信号及悬臂梁自由端产生的位移；

所述信号发生器通过A/D转换数据采集卡与计算机连接，所述信号发生器产生不同频率的正弦波和三角波激振信号，经过压电放大器后输出到压电驱动器，激励悬臂梁产生横向运动位移，第一及第二激光位移传感器测量悬臂梁产生的横向位移经过A/D转换数据采集卡输入计算机。

所述锁紧机构采用丝杠螺母结构。

悬臂梁的刚度大于单自由度弯曲柔性铰链的刚度。

所述激光位移传感器由激光探头、激光位移传感器控制器及延长电缆构成。

所述第一激光位移传感器位于两个复位弹簧之间。

一种压电驱动器响应滞后特性辨识装置的辨识方法，包括如下步骤：

第一步调节信号发生器产生的一定频率的偏移三角波或者正弦波信号，式中t代表时间变量，代表相位角，ω₁是柔性梁的第一阶振动模态频率，A₁是横向振动位移信号的幅值，经过压电放大器后驱动压电驱动器，驱动悬臂梁产生微小运动；

第二步用第一及第二激光位移传感器分别检测的悬臂梁的微位移信号，经过A/D转换数据采集卡进行A/D转换后输入计算机，同时，将信号发生器的激励信号经过A/D转换数据采集卡进行A/D转换后输入计算机；

第三步将采集的信号发生器的激励信号与第一及第二激光位移传感器测量的微位移信号进行比较分析，得到相位滞后，从而得到压电的滞后特性；

第四步改变信号发生器的频率或幅值，重复步骤一～步骤三，得出不同频率激励时，压电驱动器的滞后特性；这样，就辨识出压电驱动器的不同频率的滞后特性。

所述第三步具体为：

经将采集的信号发生器的激励信号与第一及第二激光位移传感器测量的微位移信号分别作为横坐标和纵坐标，画出李萨茹图形，从而得出相位滞后关系，即压电驱动器的滞后相位。

本实用新型的有益效果：

(1)不需要专门购买的压电驱动器的滞后辨识和标定装置，节省了成本和存放及维护标定装置的花费；

(2)该装置仅仅需要一个简单的带有柔性铰链的悬臂梁装置，激光位移传感器、压电驱动器、锁紧机构和计算机采集控制系统就可以对压电驱动器进行滞后特性辨识，装置简单，容易搭建；