光子学报
2023, 52(12): 1223001
上海工程技术大学 机械与汽车工程学院,上海 201620
压电驱动柔性微纳米定位平台通常呈现低阻尼谐振模态,高速运动时易激发机械谐振,从而严重影响控制系统稳定性、控制带宽和轨迹跟踪精度。为消除当前谐振控制器对平台动力学建模精度的依赖性,该文设计了一种自适应陷波滤波器来实现压电微纳定位平台的在线实时抑制谐振。首先,搭建了压电驱动柔性微纳定位平台系统并建立其机电耦合动力学模型;其次,利用快速傅里叶变换方法在线分析了闭环系统误差信号,设计平台频率特性提取算法,实现了对陷波滤波器参数的在线自适应整定;最后,利用所设计的自适应陷波滤波器对阶跃信号和三角波信号进行轨迹跟踪实验。实验结果表明,自适应陷波滤波器可以很好地实现谐振的在线抑制,能够有效提升平台的稳定性和轨迹跟踪精度。
微纳米定位平台 压电陶瓷驱动器 在线谐振抑制 自适应陷波滤波器 柔性机构 micro/nano positioning platform piezoelectric ceramic driver online resonance suppression adaptive notch filter flexible mechanism
贵州振华红云电子有限公司,贵州 贵阳 550018
采用固相法制备了Bi2O3掺杂的Ba0.85Ca0.15(Zr0.1Ti0.88Mn0.02)O3压电陶瓷,研究了体系的微观结构,以及Bi2O3掺杂量对体系压电性能的影响;将体系最优性能的样品装配成微型气泵,并与日本村田的MZB1001T02微型泵进行了性能对比。研究表明,Bi2O3掺杂Ba0.85Ca0.15(Zr0.1Ti0.88Mn0.02)O3的无铅压电陶瓷呈单一的钙钛矿结构,少量的Bi2O3掺杂使体系保持了三方-四方相共存的特性。当掺杂量(质量分数)为0.05%时,样品晶粒分布均匀,介电和压电性能最优,即εT33=5 289、kp=0.46、d33=377 pC/N、tan δ=0.72%、Tc=80 ℃,样品具有典型的介电弛豫特性。将上述样品装配在微型气泵中,在输入频率(25±2) kHz、输入电压15 V条件下,测得微型气泵的气压略低于日本村田的微型泵。在某些对气压要求不高的领域,样品能够满足使用要求。
Bi2O3掺杂 无铅压电陶瓷 介电和压电性能 微型气泵 Bi2O3 doped lead-free piezoelectric ceramics dielectric and piezoelectric properties micro air
光学 精密工程
2023, 31(23): 3438
1 天津职业技术师范大学 机械工程学院,天津 300222
2 天津职业技术师范大学 机械工程学院,天津 300222天津市高速切削与精密加工重点实验室,天津 300222
为了能够实现高精度的微纳米级转动,该文基于柔性铰链设计了一种单压电陶瓷驱动的纯转动微定位平台。平台采用圆周阵列式柔性梁实现运动导向与解耦,通过杠杆机构增大动平台转动行程。首先通过有限元仿真验证了圆周阵列式柔性梁对动平台轴心漂移的抑制作用,然后通过实验对其运动特征进行测试与分析。测试结果表明,该机构具有良好的回转精度,在x轴正方向轴心漂移量为0~0.23 μm,y轴负方向轴心漂移量为0~4.59 μm,旋转弧度可达916 μrad,旋转精度为0.53 μrad。轴心漂移补偿后整体误差最大为4.9%。
压电陶瓷 微转动平台 柔性铰链 轴漂 旋转弧度 piezoelectric ceramic micro-rotational platform flexible hinge axial drift rotation radian
杭州电子科技大学 新型电子器件与应用研究所, 浙江 杭州 310018
压电陶瓷驱动电源是微位移系统的关键组成部分。为了满足系统对高稳定性、高精度的应用需求,该文设计了一种基于PB58高压运放的新型驱动电源,采用STM32单片机控制输入信号,接收并监控输出信号状态。采用反馈零点补偿和噪声增益补偿相结合的方式提高了放大电路的稳定性。对搭建完成后的系统进行测试分析,最终证明该电源系统具有稳定性高,响应速度快,输出功率大的特点。
压电陶瓷 功率放大 驱动电源 单片机 相位补偿 piezoelectric ceramics PB58 PB58 power amplifier drive power supply microcontroller phase compensation
1 长沙理工大学 汽车与机械工程学院,湖南 长沙 410114
2 长沙理工大学 汽车与机械工程学院,湖南 长沙 410114机械装备高性能智能制造关键技术湖南省重点实验室,湖南 长沙 410114
针对传统的Bouc-Wen模型不能准确表征压电陶瓷执行器固有的迟滞非对称特征,导致控制精度受限问题,该文提出一种基于传统的Bouc-Wen模型与Hammerstein 模型结合的迟滞建模方法,基于利用卡曼状态预估的滑模控制的控制策略来提高控制精度。首先,利用粒子群算法对传统的Bouc-Wen模型与Hammerstein结构结合迟滞模型的参数进行辨识,然后根据二阶系统的状态空间矩阵建立卡尔曼观测器,并根据卡尔曼观测器的状态预估利用滑模规律进行反馈补偿和建立逆模型进行前馈补偿,形成前馈-反馈复合补偿。通过数值仿真表明,在0~100 V峰值与0~100 Hz激励频率内,所建立的非线性模型能很好地描述与预测压电陶瓷执行器的动态输出。执行器位移在0~6 μm时,传统的Bouc-Wen模型开环、基于传统的Bouc-Wen模型与Hammerstein 结构结合迟滞模型的平均迟滞误差分别为0.654 95 μm、0.186 39 μm; 在50 Hz下,基于传统的Bouc-Wen模型与Hammerstein 结构的前馈PID补偿均方根误差为0.088 5 μm,其前馈滑模复合控制补偿均方根误差为0.047 μm,仅为最大输出位移的0.78%,最大跟踪误差仅为0.153 μm,精度提高了78%,说明该文所提出的基于传统的Bouc-Wen模型与Hammerstein 结构结合迟滞模型及其补偿控制算法,有助于实现压电陶瓷执行器的高速、宽频超精密定位控制。
压电陶瓷执行器 动态非对称迟滞 模型 滑模控制 piezoelectric ceramic actuator dynamic asymmetric hysteresis Hammerstein Hammerstein model sliding mode control
北京工业大学 材料与制造学部, 北京 100124
(K, Na)NbO3(KNN)基无铅压电陶瓷作为一种环境友好型材料, 兼具较高的居里温度和可调控的相界结构, 在压电器件领域展示出潜在的应用前景, 引起了广泛关注和大量研究。对其物相组成、制备工艺、性能调控等方面的研究进展进行了评述, 并重点介绍了其在压电器件领域的实际应用, 最后对KNN及其在器件应用方面未来的研究和发展方向进行了总结展望。
无铅压电陶瓷 材料设计 制备工艺 性能调控 器件应用 lead-free piezoelectric ceramics material design preparation process performance regulation device application
1 1.中国科学院大学, 北京100049
2 2.中国科学院 上海硅酸盐研究所, 上海200050
3 3.中国科学院 上海光学精密机械研究所, 上海 201800
极紫外(Extreme ultra-violet, EUV)光刻机光源主要采用激光产生等离子体技术, 用高功率激光轰击锡液滴靶产生13.5 nm波长的EUV光。其中, 基于逆压电效应的压电式高温锡液滴喷射元件是获取高重频高温锡液滴靶的关键部件。本项工作突破了耐250 ℃高温微细压电陶瓷管的组成设计和精细制备, 以及高温锡液滴喷射元件的结构设计和封装等关键技术, 成功研制了压电式高温液滴喷射元件。并通过自主搭建高温锡液滴靶光学检测平台, 基于此高温液滴喷射元件实现了重复频率20 kHz, 直径~100 μm的高温锡液滴靶的稳定输出。
极紫外光刻 微细压电陶瓷管 高温液滴发生器 高温压电陶瓷 EUV lithography micro piezoelectric ceramic tube piezoelectric high-temperature nozzle high- temperature piezoelectric ceramic
刘铭 1,3,4米正辉 1,3,4,*潘卫民 1,3,4葛锐 1,3,4[ ... ]王子晗 1,3,4
1 中国科学院 高能物理研究所,北京 100049
2 散裂中子源科学中心,广东 东莞 523803
3 中国科学院 粒子加速器物理与技术重点实验室,北京 100049
4 中国科学院大学,北京 100049
中国散裂中子源二期升级采用超导腔技术方案,其中在165~300 MeV能量段采用648 MHz 6-cell 超导腔模组,每个模组中集成3只6-cell超导腔。超导腔工作在脉冲模式,为了保证超导腔2 K下的频率满足运行要求,每只超导腔需要一套低温调谐器对其频率进行精确调节控制。针对648 MHz 6-cell超导腔的结构和运行特点进行了低温调谐器的设计,采用快慢组合机构补偿超导腔的频率偏移,对调谐器的基本性能和超导腔脉冲模式运行下的动态洛伦兹失谐进行了分析。
超导腔 调谐器 动态洛伦兹失谐 压电陶瓷 superconducting cavity tuner dynamic Lorentz detuning piezoelectric ceramics 强激光与粒子束
2023, 35(12): 124007