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研究生: 呂世文
論文名稱: 壓電致動器磁滯與潛變之模型建構與參數鑑別
Modeling and Identification of Hysteresis and Creep in Piezoelectric Actuator
指導教授: 葉廷仁
口試委員:
學位類別: 碩士
Master
系所名稱: 工學院 - 動力機械工程學系
Department of Power Mechanical Engineering
論文出版年: 2005
畢業學年度: 93
語文別: 中文
論文頁數: 77
中文關鍵詞: 壓電致動器磁滯潛變麥斯威爾磁滯模型柏格潛變模型
外文關鍵詞: piezoelectric actuator, hysteresis, creep, Maxwell hysteresis model, Burgers creep model
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  • 壓電致動器具有位移解析度高、運動響應快、低耗能等特性,時常被用在奈米級的精密定位。但其固有的非線性特性,會使控制系統響應變差,甚至不穩定。因此本文將建構壓電致動器模型,以補償其非線性項的影響。造成壓電致動器有非線性特性的因素有兩個:磁滯效應與潛變效應。本文將利用麥斯威爾磁滯模型與鍵結圖來建構磁滯模型,並利用伯格模型來建構潛變模型。基於磁滯效應與潛變效應耦合的觀念下,將此二模型結合成壓電致動器模型,以能同時補償潛變效應和磁滯效應所引起的非線性特性。


    目錄 摘要. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . i 誌謝辭. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . i 圖目錄. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ii 表目錄. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . iii 第一章 緒論. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 1.1 研究動機與目的. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 1.2 文獻回顧. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 1.3 論文大綱. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 第二章 壓電致動器簡介. . . . . . . . . . . . . . . . . 4 2.1 壓電效應(Piezoelectric Effect)的發現. . . . . . . . 4 2.2 壓電效應原理與基本特性. . . . . . . . . . . . . . . 6 2.3 壓電致動器(Piezoelectric Actuator). . . . . . . . . 7 2.4 壓電致動器控制的潛在問題. . . . . . . . . . . . . . 8 第三章 壓電致動器模型建構. . . . . . . . . . . . . . . 11 3.1 壓電致動器之磁滯模型. . . . . . . . . . . . . . . . 11 3.1.1 壓電致動器磁滯效應之機電原理. . . . . . . . . . . 11 3.1.2 傳統麥斯威爾磁滯模型. . . . . . . . . . . . . . . 14 3.1.3 壓電致動器磁滯模型. . . . . . . . . . . . . . . . 18 3.2 柏格潛變模型. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20 3.3 壓電致動器的模型. . . . . . . . . . . . . . . . . . 27 第四章 壓電致動器模型之修改策略. . . . . . . . . . . . 29 4.1 壓電致動器磁滯模型. . . . . . . . . . . . . . . . . 29 4.1.1 模型的建構. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29 4.1.2 磁滯模型的鑑別程序. . . . . . . . . . . . . . . . 36 4.1.3 壓電致動器的逆模型建構法則. . . . . . . . . . . . 39 4.2 壓電致動器磁滯與潛變模型. . . . . . . . . . . . . . 40 4.2.1 磁滯與潛變模型的建構. . . . . . . . . . . . . . . 40 4.2.2 磁滯與潛變模型的分析. . . . . . . . . . . . . . . 42 4.2.3 模型參數的鑑別程序. . . . . . . . . . . . . . . . 48 第五章 實驗結果. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52 5.1 實驗設計與架構. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52 5.1.1 壓電致動器簡介. . . . . . . . . . . . . . . . . . 53 5.1.2 電容感測器簡介. . . . . . . . . . . . . . . . . . 53 5.1.3 實驗架構. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55 5.2 磁滯模型的驗證. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56 5.3 壓電致動器磁滯與潛變模型的驗證. . . . . . . . . . . 59 5.3.1 鑑別磁滯元件(ki, fi). . . . . . . . . . . . . . . 59 5.3.2 鑑別潛變元件(kcj , bcj) . . . . . . . . . . . . . 61 5.3.3 驗證模型假設是否成立. . . . . . . . . . . . . . . 63 5.3.4 模型模擬結果與實驗結果比較. . . . . . . . . . . . 68 第六章 結論與未來工作. . . . . . . . . . . . . . . . . 71 6.1 結論. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71 6.2 未來工作. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71 Appendix A . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 77

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