[发明专利]一种高精度大载荷复合压电主动作动杆及主动控制方法

说明书

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；本发明能够实现大载荷对象的高精度指向调节与振动主动隔振。

技术领域

本发明涉及高精度指向调节与微振动主动隔振技术领域，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。

背景技术

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。

发明内容

为了解决上述现有技术存在的问题，本发明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，本发明采用如下技术方案：

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。

本发明和现有技术相比，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。