一种高精度大载荷复合压电主动作动杆及主动控制方法技术

一种高精度大载荷复合压电主动作动杆及主动控制方法，该作动杆包括顶盖、力传感器、连接片、压电堆、支撑杆、圆形套筒和压簧；力传感器和顶盖连接，两组压电堆分别采用并联方式将四个压电堆作动器连接，两组压电堆通过连接片连接，以串联方式组合为两级压电驱动单元，下级压电堆底部坐在支撑底座上，支撑底座连接支撑杆，支撑底座通过压簧与预紧装置连接，通过调节预紧装置螺纹的深度从而调节预压力；当顶盖轴向受到外部扰动力时，力传感器检测扰动力信号，并通过外部控制器驱动两级压电驱动单元，产生与顶盖轴向扰动力相反的控制力，推动大载荷对象，实现振动主动控制；本发明专利技术能够实现大载荷对象的高精度指向调节与振动主动隔振。

High precision large load composite piezoelectric active actuating rod and active control method

A high precision heavy load composite piezoelectric active actuators and active control method, the actuating rod comprises a top cover, a force sensor and a connecting piece, a piezoelectric stack, a supporting rod, a circular sleeve and a pressure spring; a force sensor and a cover connected, two groups of piezoelectric stack were used in parallel to the four piezoelectric stack actuator is connected, two groups of piezoelectric stacks are connected through a connecting piece, in series combination of two piezoelectric drive unit, a piezoelectric stack bottom sit on the supporting base, a supporting base connection rod, a supporting base through a pressure spring is connected with the locking device, thereby regulating the pre pressure by adjusting the preload device for thread depth; the top cover is subjected to external disturbance when the axial force sensor, detection of disturbance signal, and through external controller driver two piezoelectric drive unit generates a control force opposite top axial force, push The invention can realize the high-precision pointing adjustment of the large load object and the vibration active vibration isolation of the large load object.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及高精度指向调节与微振动主动隔振
，具体涉及一种高精度大载荷复合压电主动作动杆及主动控制方法。
技术介绍
随着智能材料的发展，具备较大输出力的智能结构作动器越来越广泛的应用于航天航空领域中的大载荷对象，其中磁致伸缩、磁流液变、电磁音圈等能输出大推力的作动设备广泛应用，但此类设备无法满足对电磁干扰有严格限制要求的环境，而传统的压电作动结构如需要输出大推力，就必须采用上千伏的高压供电，也不符合航天部门的低压驱动要求。
技术实现思路
为了解决上述现有技术存在的问题，本专利技术的目的在于提供一种大载荷高精度复合压电作动杆及主动控制方法，采用低压驱动，能够输出大推力满足大载荷对象使用需求，并能够隔离毫米乃至微米级别的振动，用来进行高精度指向调节与微振动主动控制。为达到以上目的，本专利技术采用如下技术方案：一种高精度大载荷复合压电主动作动杆，包括一个圆形套筒1，圆形套筒1的两端分别安装有顶盖13和预紧装置12，圆形套筒1内部安装有力传感器2、支撑底座9、上级连接片3、上级压电堆组5、下级连接片6、下级压电堆组8和压簧11，圆形套筒1侧壁外安装有四口插座15，上级压电堆组5和下级压电堆组8的供电线均连接到四口插座15；支撑杆10一端位于圆形套筒1外，另一端与支撑底座9相连接为一体；下级压电堆组8坐在支撑底座9上，下级压电堆组8的顶部安装有下级半圆形压帽7，下级半圆形压帽7安装在下级连接片6的凹槽中；上级压电堆组5坐在下级连接片6上，上级压电堆组5的顶部安装有上级半圆形压帽4，上级半圆形压帽4安装在上级连接片3的凹槽中；力传感器2安装在上级连接片3上；压簧11安装在支撑底座9与预紧装置12之间，将支撑杆10与预紧装置12弹性连接起来，预紧装置12与圆形套筒1通过螺纹连接。所述上级压电堆组5为4个压电堆并联方式连接，下级压电堆组6为4个压电堆并联方式连接，上下两组压电堆通过下级连接片6连接，组合成两极串联方式连接，组合成双级压电驱动单元。所述上级连接片3和下级连接片6的凹槽为半圆形凹槽。半圆形凹槽与半圆形压帽接触为点接触。所述顶盖13、圆形套筒1、上级连接片3、下级连接片6、支撑底座9、支撑杆10和预紧装置12采用硬铝合金材料。所述高精度大载荷复合压电主动作动杆实现主动控制的方法，当有外界扰动作用在顶盖13上时，顶盖13将力传给力传感器2，此时力传感器2就会输出一个电信号，通过此电信号能够得到一个力，作为反馈信号，进入外部控制器，外部控制器根据此信号经过计算向上级压电堆组5和下级压电堆组8输入驱动电压信号，使上级压电堆组5和下级压电堆组8同时作动产生一个与顶盖轴向扰动力相反的控制力推动大载荷对象，使振动迅速衰减，从而实现振动主动控制功能。本专利技术和现有技术相比，具有如下优点：1)采用多个压电堆并联的结构方式，相比单一压电堆，能够产生较大的输出力，并且采用两组并联压电堆通过串联的方式组合成双级压电驱动单元，实现大载荷高精度复合压电作动杆输出大推力，推动大载荷对象。压电堆的输出位移为微米量级，能够实现大载荷系统的高精度指向调节。2)能够隔离毫米乃至微米级别的振动，双级压电堆组合与压簧以并联方式分别与套筒和支撑杆底座相连接，压电堆的刚度为微米量级，压簧的刚度为微米量级，压电堆的做动位移为微米量级。在顶盖13受到微扰动时，压簧和压电堆的变形都在微米至毫米级别，在对压电堆实施控制输出时，压电堆的输出位移也在微米级别。本专利技术选用压电驱动方式，对指向调节进行闭环控制，从而能够实现高分辨率、高精度的指向调节，并且响应速度快。3)压电堆顶部安装半圆形压帽，与连接片上的半圆形凹槽实现点接触，防止大载荷对象对压电堆内部结构产生弯矩，损坏压电堆。附图说明图1为本专利技术内部结构剖视图。图2为本专利技术等效力学模型图。具体实施方式以下结合附图及具体实施例，对本专利技术作进一步的详细描述。如图1所示，本专利技术为一种高精度大载荷复合压电主动作动杆，顶盖13和圆形套筒1通过螺栓连接，上级连接片3通过螺栓与圆形套筒1连接，力传感器2安装在上级连接片3与顶盖13之间。当有动态力在顶盖13轴向方向产生时，力传感器2就会产生电信号，从而获得此动态力的具体信息，力传感器2作为一个反馈传感器。上级连接片3的底部有四个凹槽，安装四个上级半圆形压帽4，四个压电堆分别安装在上级半圆形压帽4上，从而四个压电堆以并联方式连接，组合成上级压电堆5，上级压电堆5的底部坐在下级连接片6上。在下级连接片6的底部有四个凹槽，安装四个下级半圆形压帽7，四个压电堆分别安装在下级半圆形压帽7上，组合成下级压电堆8，下级压电堆8坐在支撑底座9上。两组并联的压电堆以串联的方式连接，组合成双级压电驱动单元，根据反馈传感器的信号输出大推力。压簧11与支撑杆10以并联方式安装在支撑底座9的下端，压簧11与预紧装置12连接，当顶盖13沿轴向受到动态力载荷，通过压簧11，顶盖13和圆形套筒1与支撑杆10之间就会产生相对运动。预紧装置12通过螺纹与圆形套筒1连接，通过调节螺纹的深度可以调节预压力。预压时用微位移计对作动杆进行标定，然后再用材料试验机得到作动杆的力位移曲线。作为本专利技术的优选实施方式，所述顶盖13、圆形套筒1、上级连接片3和下级连接片6、支撑底座9、支撑杆10和预紧装置12采用硬铝合金材料。具体力学模型如图2所示，顶盖13与圆形套筒1的质量为m1，位移为x1。支撑底座9与支撑杆10的质量为m2，位移为x2。压簧11的刚度为k，阻尼为c，下级连接片6的质量为m3。当顶盖13受到扰动时会产生一个位移x1，通过力传感器2检测到的力信号，反馈给压电堆，进而产生作动力，来平衡圆形套筒1的受力，使圆形套筒1的位移x1降低。本专利技术高精度大载荷复合压电主动作动杆实现主动控制的方法，当有外界扰动作用在顶盖13上时，顶盖13将力传给力传感器2，此时力传感器2就会输出一个电信号，通过此电信号能够得到一个力，作为反馈信号，进入外部控制器，外部控制器根据此信号经过计算向上级压电堆组5和下级压电堆组8输入驱动电压信号，使上级压电堆组5和下级压电堆组8同时作动产生一个与顶盖轴向扰动力相反的控制力推动大载荷对象，使振动迅速衰减，从而实现振动主动控制功能。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高精度大载荷复合压电主动作动杆，其特征在于：包括一个圆形套筒(1)，圆形套筒(1)的两端分别安装有顶盖(13)和预紧装置(12)，圆形套筒(1)内部安装有力传感器(2)、支撑底座(9)、上级连接片(3)、上级压电堆组(5)、下级连接片(6)、下级压电堆组(8)和压簧(11)，圆形套筒(1)侧壁外安装有四口插座(15)，上级压电堆组(5)和下级压电堆组(8)的供电线均连接到四口插座(15)；支撑杆(10)一端位于圆形套筒(1)外，另一端与支撑底座(9)相连接为一体；下级压电堆组(8)坐在支撑底座(9)上，下级压电堆组(8)的顶部安装有下级半圆形压帽(7)，下级半圆形压帽(7)安装在下级连接片(6)的凹槽中；上级压电堆组(5)坐在下级连接片(6)上，上级压电堆组(5)的顶部安装有上级半圆形压帽(4)，上级半圆形压帽(4)安装在上级连接片(3)的凹槽中；力传感器(2)安装在上级连接片(3)上；压簧(11)安装在支撑底座(9)与预紧装置(12)之间，将支撑杆(10)与预紧装置(12)弹性连接起来，预紧装置(12)与圆形套筒(1)通过螺纹连接。

【技术特征摘要】
1.一种高精度大载荷复合压电主动作动杆，其特征在于：包括一个圆形套筒(1)，圆形套筒(1)的两端分别安装有顶盖(13)和预紧装置(12)，圆形套筒(1)内部安装有力传感器(2)、支撑底座(9)、上级连接片(3)、上级压电堆组(5)、下级连接片(6)、下级压电堆组(8)和压簧(11)，圆形套筒(1)侧壁外安装有四口插座(15)，上级压电堆组(5)和下级压电堆组(8)的供电线均连接到四口插座(15)；支撑杆(10)一端位于圆形套筒(1)外，另一端与支撑底座(9)相连接为一体；下级压电堆组(8)坐在支撑底座(9)上，下级压电堆组(8)的顶部安装有下级半圆形压帽(7)，下级半圆形压帽(7)安装在下级连接片(6)的凹槽中；上级压电堆组(5)坐在下级连接片(6)上，上级压电堆组(5)的顶部安装有上级半圆形压帽(4)，上级半圆形压帽(4)安装在上级连接片(3)的凹槽中；力传感器(2)安装在上级连接片(3)上；压簧(11)安装在支撑底座(9)与预紧装置(12)之间，将支撑杆(10)与预紧装置(12)弹性连接起来，预紧装置(12)与圆形套筒(1)通过螺纹连接。2.根据权利要求1所述的一种高精度大载荷复合压电主动作动杆，其特征在于：所...

【专利技术属性】
技术研发人员：张丰，徐明龙，田征，马国亮，谢石林，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61