一种堆叠型压电陶瓷蠕变起始时间确定方法
【专利摘要】本发明提供了一种堆叠型压电陶瓷蠕变起始时间确定方法，其特征在于：包括以下步骤：把同一频率、幅值的正弦信号进行台阶倍数关系的离散化；对压电陶瓷施加离散台阶电压，根据采集位移量,使用公式对蠕变曲线进行参数辨识；利用公式以位移及时间为轴线绘图，限定0.01μm作为迟滞变化上限，据预测图及预测数据得出迟滞以及蠕变时间的分离点。这一方法对压电陶瓷蠕变起始时间难以确定的问题给出了可行的解决方法。
【专利说明】一种堆叠型压电陶瓷蠕变起始时间确定方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种堆叠型压电陶瓷蠕变起始时间确定方法。
【背景技术】
[0002]压电陶瓷，一种能够将机械能和电能互相转换的功能陶瓷材料，属于无机非金属材料，是一种具有压电效应的材料。所谓压电效应是指某些介质在力的作用下，产生形变，引起介质表面带电，这是正压电效应。反之，施加激励电场，介质将产生机械变形，称逆压电效应。
[0003]目前对具有高温度稳定性的堆叠型压电陶瓷出现的非线性现象认为有两种:迟滞和蠕变。
[0004]迟滞是同一电压下压电陶瓷输出瞬时位移差构成；而蠕变是由于维持一定电压间隔下，压电陶瓷输出位移发生的连续位移变化(增加或减少，一个时间间隔内只能有一种情况)。
[0005]对于迟滞和位移的分隔点目前没有明确的提法，文献[I]首次明确提出蠕变开始时间为电压输入0.1秒以后，并使用了 log-type对蠕变现象进行了描述。
則=Z0 X I * ,XkJg10 6〕
[0006]
文献[2]认为在输入电压值由大减小或由小增大时蠕变的绝对量会向零靠拢，并且零蠕变发生在电压转向后的附近。
[0007]文献[3，4]采用了输入反向蠕变电压的方式来克服蠕变，Kuhnen K.和KrejciP.等认为蠕变和迟滞是相互关联的，构建了 PI和Preisach类型的蠕变算子来补偿蠕变[5，6]。
[0008]中国学者王岳宇和赵学增利用蠕变位移差的方式来补偿蠕变[7]。文献[8]认为蠕变发生在电压输入后的I毫秒内。
[0009]文献[9]在log-type和LTI模型外,选择使用串联Kelvin-Voigt单元来对螺变进行建模。文献[10]使用了基于阶跃响应的ARMAX的模型来对蠕变建模。文献[11]使用与迟滞相关的一阶微分方程来对迟滞建模。
[0010]通过分析可以知道，这些文献的对蠕变有这样的共识:
1，迟滞和蠕变在无振动的情况下接连发生的；
2，迟滞是瞬态响应而蠕变是一种缓慢变化的情况；
3，蠕变的计时都是以秒为单位的；
4，蠕变发生在输入频率在l?10Hz以下。
[0011]但是控制器都是数字控制器的情况下，对压电陶瓷的控制电压都是通过数字控制控制器的数字信号经过DA给电压放大器(或功率放大器)，然后再施加到压电陶瓷上。在实际使用时，控制器控制算法运算，采样等需要运行时间，电压放大器(功率放大器)上形成电压输出都需要一定的时间间隔，也就是说实际施加到压电陶瓷的电压是一系列有一定时间间隔的台阶电压，尤其在低速运行时更是如此。
[0012]目前从现有的文献来看，对迟滞和蠕变开始时间的划分定义不科学。对整个输入电压曲线进行蠕变建模显然会带来较大的建模误差，从实验结果来对应每一条台阶的变化规律各不相同；而对每一个台阶来用现有模型来建模，找不到一个合适的模型，其关键问题就在于迟滞和蠕变时间的确定上。
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【发明内容】
[0023]为了解决在使用压电陶瓷进行低速高精度定位(微纳米级)过程，迟滞和蠕变开始结束时间划分的问题，本发明提供一种堆叠型压电陶瓷蠕变起始时间确定方法，与现有技术相比，具有曲线拟合好，能够快速精准的得出蠕变起始时间。
[0024]为达到上述目的，本技术方案如下:
一种堆叠型压电陶瓷蠕变起始时间确定方法，其特征在于:包括以下步骤:
A、按以下方式进行设备连接:包括一台计算机，与计算机双向连接有控制器；控制器经DA转换将电压信号连接功率放大器，功放器的输出连接有堆叠型压电执行器，堆叠型压电执行器的末端连接有应变传感器，应变传感器把压电执行器的位移量转换成电压信号，经AD转换返回连接到控制器；
B、对同一正弦电压进行不同台阶倍数的离散化；
C、输入不同离散化下的控制电压，采集堆叠型压电陶瓷对应的位移变量；
D、根据如下公式计算每组离散量的蠕变位移输出；
【权利要求】
1.一种堆叠型压电陶瓷蠕变起始时间确定方法，其特征在于:包括以下步骤: A、按以下方式进行设备连接:包括一台计算机，与计算机双向连接有控制器；控制器经DA转换将电压信号连接功率放大器，功放器的输出连接有堆叠型压电执行器，堆叠型压电执行器的末端连接有应变传感器，应变传感器把压电执行器的位移量转换成电压信号，经AD转换返回连接到控制器； B、对同一正弦电压进行不同台阶倍数的离散化； C、输入不同离散化下的控制电压，采集堆叠型压电陶瓷对应的位移变量； D、根据如下公式计算每组离散量的蠕变位移输出；
2.根据权利要求1所述的堆叠型压电陶瓷蠕变起始时间确定方法，其特征在于:把同一周期内的0-60V正弦电压离散成20，40，80，160，320个台阶。
【文档编号】G01R29/22GK103884925SQ201310747456
【公开日】2014年6月25日 申请日期:2013年12月31日 优先权日:2013年10月31日
【发明者】张承进, 赵学良, 张桂林, 李康 申请人:山东大学