【摘 要】
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贴片式压电自驱动超声运动平台结构形式简单,运动灵活性强,潜在应用场景多,但针对此类平台的运动控制方法的研究尚不成熟。本课题对比传统激振-吸振式驱动方法存在的程序控制换向难的问题,提出了基于时间相位差θ调制的激振-激振式驱动方法,实现了运动平台速度大小和方向的程序控制。本文针对双贴片式压电运动平台这一基本构型,讨论了在有限长平板中激励产生行波的两种驱动方法,分别为激振-吸振式和激振-激振式。为了用程
【基金项目】
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国家自然科学基金项目,“多场耦合作用下液滴的超声驻波悬浮及运动机理研究”（项目批准号:51675140）；
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贴片式压电自驱动超声运动平台结构形式简单,运动灵活性强,潜在应用场景多,但针对此类平台的运动控制方法的研究尚不成熟。本课题对比传统激振-吸振式驱动方法存在的程序控制换向难的问题,提出了基于时间相位差θ调制的激振-激振式驱动方法,实现了运动平台速度大小和方向的程序控制。本文针对双贴片式压电运动平台这一基本构型,讨论了在有限长平板中激励产生行波的两种驱动方法,分别为激振-吸振式和激振-激振式。为了用程序自动控制运动平台的速度大小和方向,本文采用了激振-激振式驱动运动平台。在这种方法中,使用时间相位差θ控制运动速度和方向。由于行波成分是平台运动速度的表征量,而行波传播方向与平台运动方向一致,为了量化行波成分,引入了驻波比（SWR）的概念,并推导出了 SWR与时间相位差θ的函数关系,即调速特性曲线。鉴于SWR-θ调速特性曲线与空间相位差ΔΦ存在一一对应关系,本文提出了基于激光测振仪（LDV）振速扫描的ΔΦ测量方法。针对激振-吸振式的自驱动平台,分别基于能量流分析和LDV驻波比测试两种方法,以能量传递最大化和驻波比最小为评价指标,确定了最佳匹配参数值（并联6.5mH电感）。研制了一套100W的频率（0-100kHz）和相位分别可调的超声波发生器,搭建了运动特性测量实验平台。在激励频率设定为16.273kHz、电压峰峰值为45V、6.5mH匹配电感条件下,激振-吸振式自驱动平台在钢化玻璃表面的速度达37.48mm/s,可带载自重（6.0 g）10倍以上的负载移动。针对激振-激振式的自驱动平台,为了验证SWR-θ调速特性曲线与ΔΦ的理论关系,采用分别对应ΔΦ1∈（0,π）、ΔΦ2∈（π,2π）的两个频率f1和f2激励同一驱动平台。实验获得的SWR-θ调速特性曲线与理论一致,表明在相同的θ情况下,运动平台速度方向相反。此外,样机在纯行波点下激励,运动速度为78mm/s,可带载自重20余倍的负载运动。同等条件下,激振-激振平台的运动可控性、最大速度和负载能力均优于激振-吸振平台。
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