[發明專利]一種高精度大載荷復合壓電主動作動桿及主動控制方法

有效

• 申請號: 201611130840.5
• 申請日: 2016-12-09
• 公開（公告）號: CN106655879B
• 公開（公告）日: 2019-01-08
• 發明（設計）人: 張豐;徐明龍;田征;馬國亮;謝石林
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: H02N2/04
• 分類號: H02N2/04;H02N2/06
• 代理公司: 西安智大知識產權代理事務所 61215
• 代理人: 何會俠

一種高精度大載荷復合壓電主動作動桿及主動控制方法，該作動桿包括頂蓋、力傳感器、連接片、壓電堆、支撐桿、圓形套筒和壓簧；力傳感器和頂蓋連接，兩組壓電堆分別采用并聯方式將四個壓電堆作動器連接，兩組壓電堆通過連接片連接，以串聯方式組合為兩級壓電驅動單元，下級壓電堆底部坐在支撐底座上，支撐底座連接支撐桿，支撐底座通過壓簧與預緊裝置連接，通過調節預緊裝置螺紋的深度從而調節預壓力；當頂蓋軸向受到外部擾動力時，力傳感器檢測擾動力信號，并通過外部控制器驅動兩級壓電驅動單元，產生與頂蓋軸向擾動力相反的控制力，推動大載荷對象，實現振動主動控制；本發明能夠實現大載荷對象的高精度指向調節與振動主動隔振。

技術領域

本發明涉及高精度指向調節與微振動主動隔振技術領域，具體涉及一種高精度大載荷復合壓電主動作動桿及主動控制方法。

背景技術

隨著智能材料的發展，具備較大輸出力的智能結構作動器越來越廣泛的應用于航天航空領域中的大載荷對象，其中磁致伸縮、磁流液變、電磁音圈等能輸出大推力的作動設備廣泛應用，但此類設備無法滿足對電磁干擾有嚴格限制要求的環境，而傳統的壓電作動結構如需要輸出大推力，就必須采用上千伏的高壓供電，也不符合航天部門的低壓驅動要求。

發明內容

為了解決上述現有技術存在的問題，本發明的目的在于提供一種大載荷高精度復合壓電作動桿及主動控制方法，采用低壓驅動，能夠輸出大推力滿足大載荷對象使用需求，并能夠隔離毫米乃至微米級別的振動，用來進行高精度指向調節與微振動主動控制。

為達到以上目的，本發明采用如下技術方案：

一種高精度大載荷復合壓電主動作動桿，包括一個圓形套筒1，圓形套筒1的兩端分別安裝有頂蓋13和預緊裝置12，圓形套筒1內部安裝有力傳感器2、支撐底座9、上級連接片3、上級壓電堆組5、下級連接片6、下級壓電堆組8和壓簧11，圓形套筒1側壁外安裝有四口插座15，上級壓電堆組5和下級壓電堆組8的供電線均連接到四口插座15；支撐桿10一端位于圓形套筒1外，另一端與支撐底座9相連接為一體；下級壓電堆組8坐在支撐底座9上，下級壓電堆組8的頂部安裝有下級半圓形壓帽7，下級半圓形壓帽7安裝在下級連接片6的凹槽中；上級壓電堆組5坐在下級連接片6上，上級壓電堆組5的頂部安裝有上級半圓形壓帽4，上級半圓形壓帽4安裝在上級連接片3的凹槽中；力傳感器2安裝在上級連接片3上；壓簧11安裝在支撐底座9與預緊裝置12之間，將支撐桿10與預緊裝置12彈性連接起來，預緊裝置12與圓形套筒1通過螺紋連接。

所述上級壓電堆組5為4個壓電堆并聯方式連接，下級壓電堆組6為4個壓電堆并聯方式連接，上下兩組壓電堆通過下級連接片6連接，組合成兩極串聯方式連接，組合成雙級壓電驅動單元。

所述上級連接片3和下級連接片6的凹槽為半圓形凹槽。半圓形凹槽與半圓形壓帽接觸為點接觸。

所述頂蓋13、圓形套筒1、上級連接片3、下級連接片6、支撐底座9、支撐桿10和預緊裝置12采用硬鋁合金材料。

所述高精度大載荷復合壓電主動作動桿實現主動控制的方法，當有外界擾動作用在頂蓋13上時，頂蓋13將力傳給力傳感器2，此時力傳感器2就會輸出一個電信號，通過此電信號能夠得到一個力，作為反饋信號，進入外部控制器，外部控制器根據此信號經過計算向上級壓電堆組5和下級壓電堆組8輸入驅動電壓信號，使上級壓電堆組5和下級壓電堆組8同時作動產生一個與頂蓋軸向擾動力相反的控制力推動大載荷對象，使振動迅速衰減，從而實現振動主動控制功能。

本發明和現有技術相比，具有如下優點：

1)采用多個壓電堆并聯的結構方式，相比單一壓電堆，能夠產生較大的輸出力，并且采用兩組并聯壓電堆通過串聯的方式組合成雙級壓電驅動單元，實現大載荷高精度復合壓電作動桿輸出大推力，推動大載荷對象。壓電堆的輸出位移為微米量級，能夠實現大載荷系統的高精度指向調節。