一種堆疊型壓電陶瓷蠕變起始時(shí)間確定方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種堆疊型壓電陶瓷蠕變起始時(shí)間確定方法，其特征在于：包括以下步驟：把同一頻率、幅值的正弦信號(hào)進(jìn)行臺(tái)階倍數(shù)關(guān)系的離散化；對(duì)壓電陶瓷施加離散臺(tái)階電壓，根據(jù)采集位移量,使用公式對(duì)蠕變曲線進(jìn)行參數(shù)辨識(shí)；利用公式以位移及時(shí)間為軸線繪圖，限定0.01μm作為遲滯變化上限，據(jù)預(yù)測(cè)圖及預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)得出遲滯以及蠕變時(shí)間的分離點(diǎn)。這一方法對(duì)壓電陶瓷蠕變起始時(shí)間難以確定的問題給出了可行的解決方法。
【專利說明】一種堆疊型壓電陶瓷蠕變起始時(shí)間確定方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種堆疊型壓電陶瓷蠕變起始時(shí)間確定方法。
【背景技術(shù)】
[0002]壓電陶瓷，一種能夠?qū)C(jī)械能和電能互相轉(zhuǎn)換的功能陶瓷材料，屬于無機(jī)非金屬材料，是一種具有壓電效應(yīng)的材料。所謂壓電效應(yīng)是指某些介質(zhì)在力的作用下，產(chǎn)生形變，引起介質(zhì)表面帶電，這是正壓電效應(yīng)。反之，施加激勵(lì)電場(chǎng)，介質(zhì)將產(chǎn)生機(jī)械變形，稱逆壓電效應(yīng)。
[0003]目前對(duì)具有高溫度穩(wěn)定性的堆疊型壓電陶瓷出現(xiàn)的非線性現(xiàn)象認(rèn)為有兩種:遲滯和蠕變。
[0004]遲滯是同一電壓下壓電陶瓷輸出瞬時(shí)位移差構(gòu)成；而蠕變是由于維持一定電壓間隔下，壓電陶瓷輸出位移發(fā)生的連續(xù)位移變化(增加或減少，一個(gè)時(shí)間間隔內(nèi)只能有一種情況)。
[0005]對(duì)于遲滯和位移的分隔點(diǎn)目前沒有明確的提法，文獻(xiàn)[I]首次明確提出蠕變開始時(shí)間為電壓輸入0.1秒以后，并使用了 log-type對(duì)蠕變現(xiàn)象進(jìn)行了描述。
則=Z0 X I * ,XkJg10 6〕
[0006]
文獻(xiàn)[2]認(rèn)為在輸入電壓值由大減小或由小增大時(shí)蠕變的絕對(duì)量會(huì)向零靠攏，并且零蠕變發(fā)生在電壓轉(zhuǎn)向后的附近。
[0007]文獻(xiàn)[3，4]采用了輸入反向蠕變電壓的方式來克服蠕變，Kuhnen K.和KrejciP.等認(rèn)為蠕變和遲滯是相互關(guān)聯(lián)的，構(gòu)建了 PI和Preisach類型的蠕變算子來補(bǔ)償蠕變[5，6]。
[0008]中國(guó)學(xué)者王岳宇和趙學(xué)增利用蠕變位移差的方式來補(bǔ)償蠕變[7]。文獻(xiàn)[8]認(rèn)為蠕變發(fā)生在電壓輸入后的I毫秒內(nèi)。
[0009]文獻(xiàn)[9]在log-type和LTI模型外,選擇使用串聯(lián)Kelvin-Voigt單元來對(duì)螺變進(jìn)行建模。文獻(xiàn)[10]使用了基于階躍響應(yīng)的ARMAX的模型來對(duì)蠕變建模。文獻(xiàn)[11]使用與遲滯相關(guān)的一階微分方程來對(duì)遲滯建模。
[0010]通過分析可以知道，這些文獻(xiàn)的對(duì)蠕變有這樣的共識(shí):
1，遲滯和蠕變?cè)跓o振動(dòng)的情況下接連發(fā)生的；
2，遲滯是瞬態(tài)響應(yīng)而蠕變是一種緩慢變化的情況；
3，蠕變的計(jì)時(shí)都是以秒為單位的；
4，蠕變發(fā)生在輸入頻率在l?10Hz以下。
[0011]但是控制器都是數(shù)字控制器的情況下，對(duì)壓電陶瓷的控制電壓都是通過數(shù)字控制控制器的數(shù)字信號(hào)經(jīng)過DA給電壓放大器(或功率放大器)，然后再施加到壓電陶瓷上。在實(shí)際使用時(shí)，控制器控制算法運(yùn)算，采樣等需要運(yùn)行時(shí)間，電壓放大器(功率放大器)上形成電壓輸出都需要一定的時(shí)間間隔，也就是說實(shí)際施加到壓電陶瓷的電壓是一系列有一定時(shí)間間隔的臺(tái)階電壓，尤其在低速運(yùn)行時(shí)更是如此。
[0012]目前從現(xiàn)有的文獻(xiàn)來看，對(duì)遲滯和蠕變開始時(shí)間的劃分定義不科學(xué)。對(duì)整個(gè)輸入電壓曲線進(jìn)行蠕變建模顯然會(huì)帶來較大的建模誤差，從實(shí)驗(yàn)結(jié)果來對(duì)應(yīng)每一條臺(tái)階的變化規(guī)律各不相同；而對(duì)每一個(gè)臺(tái)階來用現(xiàn)有模型來建模，找不到一個(gè)合適的模型，其關(guān)鍵問題就在于遲滯和蠕變時(shí)間的確定上。
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【發(fā)明內(nèi)容】

[0023]為了解決在使用壓電陶瓷進(jìn)行低速高精度定位(微納米級(jí))過程，遲滯和蠕變開始結(jié)束時(shí)間劃分的問題，本發(fā)明提供一種堆疊型壓電陶瓷蠕變起始時(shí)間確定方法，與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有曲線擬合好，能夠快速精準(zhǔn)的得出蠕變起始時(shí)間。
[0024]為達(dá)到上述目的，本技術(shù)方案如下:
一種堆疊型壓電陶瓷蠕變起始時(shí)間確定方法，其特征在于:包括以下步驟:
A、按以下方式進(jìn)行設(shè)備連接:包括一臺(tái)計(jì)算機(jī)，與計(jì)算機(jī)雙向連接有控制器；控制器經(jīng)DA轉(zhuǎn)換將電壓信號(hào)連接功率放大器，功放器的輸出連接有堆疊型壓電執(zhí)行器，堆疊型壓電執(zhí)行器的末端連接有應(yīng)變傳感器，應(yīng)變傳感器把壓電執(zhí)行器的位移量轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)，經(jīng)AD轉(zhuǎn)換返回連接到控制器；
B、對(duì)同一正弦電壓進(jìn)行不同臺(tái)階倍數(shù)的離散化；
C、輸入不同離散化下的控制電壓，采集堆疊型壓電陶瓷對(duì)應(yīng)的位移變量；
D、根據(jù)如下公式計(jì)算每組離散量的蠕變位移輸出；
【權(quán)利要求】
1.一種堆疊型壓電陶瓷蠕變起始時(shí)間確定方法，其特征在于:包括以下步驟: A、按以下方式進(jìn)行設(shè)備連接:包括一臺(tái)計(jì)算機(jī)，與計(jì)算機(jī)雙向連接有控制器；控制器經(jīng)DA轉(zhuǎn)換將電壓信號(hào)連接功率放大器，功放器的輸出連接有堆疊型壓電執(zhí)行器，堆疊型壓電執(zhí)行器的末端連接有應(yīng)變傳感器，應(yīng)變傳感器把壓電執(zhí)行器的位移量轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)，經(jīng)AD轉(zhuǎn)換返回連接到控制器； B、對(duì)同一正弦電壓進(jìn)行不同臺(tái)階倍數(shù)的離散化； C、輸入不同離散化下的控制電壓，采集堆疊型壓電陶瓷對(duì)應(yīng)的位移變量； D、根據(jù)如下公式計(jì)算每組離散量的蠕變位移輸出；
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的堆疊型壓電陶瓷蠕變起始時(shí)間確定方法，其特征在于:把同一周期內(nèi)的0-60V正弦電壓離散成20，40，80，160，320個(gè)臺(tái)階。
【文檔編號(hào)】G01R29/22GK103884925SQ201310747456
【公開日】2014年6月25日 申請(qǐng)日期:2013年12月31日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月31日
【發(fā)明者】張承進(jìn), 趙學(xué)良, 張桂林, 李康 申請(qǐng)人:山東大學(xué)