基于剪切型壓電陶瓷的二維精密平臺(tái)研究.pdf

1、隨著納米科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，納米機(jī)電系統(tǒng)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于光學(xué)、電子學(xué)、精密測(cè)量學(xué)、制造加工學(xué)等領(lǐng)域。在納米機(jī)電系統(tǒng)中，納米定位技術(shù)是一個(gè)十分前沿且非常重要的分支，納米定位技術(shù)能實(shí)現(xiàn)被控物體的高精度微小移動(dòng)，它是人類探索微觀世界過程中非常重要的工具之一。具有納米級(jí)精度的精密平臺(tái)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于掃描電子顯微鏡、原子力顯微鏡和精密光學(xué)平臺(tái)中，且對(duì)分辨率和頻率響應(yīng)有較高的要求。在這種背景下，設(shè)計(jì)一個(gè)精密可靠的二維精密平臺(tái)系統(tǒng)，并在此基礎(chǔ)上展開研究。

2、
　　由于剪切型壓電陶瓷結(jié)構(gòu)緊湊、響應(yīng)頻率高，且可以直接驅(qū)動(dòng)載物臺(tái)運(yùn)動(dòng)，因此選擇剪切型壓電陶瓷代替?zhèn)鹘y(tǒng)的伸縮型壓電陶瓷作為驅(qū)動(dòng)元件，可以大大減小驅(qū)動(dòng)元件的負(fù)載和精密平臺(tái)的結(jié)構(gòu)尺寸，從而保證精密平臺(tái)系統(tǒng)擁有更好的分辨率、響應(yīng)速度和穩(wěn)定性。故本文設(shè)計(jì)的二維精密平臺(tái)系統(tǒng)采用兩片剪切型壓電陶瓷作為驅(qū)動(dòng)元件，并將其上下疊加布置，同時(shí)保證其運(yùn)動(dòng)方向相互垂直。當(dāng)這兩片壓電陶瓷分別被驅(qū)動(dòng)電壓波形驅(qū)動(dòng)時(shí)，壓電陶瓷組上表面將在水平面內(nèi)產(chǎn)生二維移動(dòng)，并

3、基于粘滑原理驅(qū)動(dòng)載物臺(tái)在二維平面內(nèi)實(shí)現(xiàn)納米級(jí)的精確運(yùn)動(dòng)。進(jìn)而，對(duì)載物臺(tái)進(jìn)行建模，分析載物臺(tái)在運(yùn)動(dòng)過程中的轉(zhuǎn)動(dòng)、傾倒和移動(dòng)問題。通過載物臺(tái)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)保證所設(shè)計(jì)的載物臺(tái)在運(yùn)動(dòng)過程中不會(huì)發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)和傾倒。
　　對(duì)于確定的精密平臺(tái)結(jié)構(gòu)，驅(qū)動(dòng)電壓波形對(duì)系統(tǒng)性能有著非常大的影響。首先分析傳統(tǒng)鋸齒波驅(qū)動(dòng)電壓波形在控制過程中存在的問題，之后針對(duì)具體的運(yùn)動(dòng)位移和分辨率要求，設(shè)計(jì)具有較高平均速度的粗定位波形和具有較高分辨率的精定位波形，并通過MATLA