Математическое моделирование процесса работы пьезодвигателя типа «Захват»
Автор: А.В. Азин, С.А. Кузнецов, С.А. Пономарев, С.В. Пономарев, С.В. Рикконен
Журнал: Космические аппараты и технологии.
Рубрика: Новые материалы и технологии в космической технике
Статья в выпуске: 3, 2019 года.
Бесплатный доступ
В статье представлены результаты разработки шагового пьезоэлектрического двигателя. Оригинальность конструкции шагового пьезоэлектрического двигателя состоит в конструкционном рычажном элементе – захвате, который позволяет организовать прямой и обратный ход штока при работе одного пьезоэлемента. Для выбора эффективного процесса работы шагового пьезоэлектрического двигателя разработана математическая модель. Данная математическая модель описывает функционирование пьезоэлектрического двигателя как нелинейной колебательной системы. Математическая модель позволяет определить скорость движения элементов пьезоэлектрического двигателя за период колебания при разных частотах, уровнях нагрузки и величине напряжения. Изготовлен прототип пьезоэлектрического двигателя. Проведены экспериментальные исследования. Техническими характеристиками двигателя являются точность позиционирования до 1 мкм и скорость перемещения штока до 10 мм/мин. при весе груза до 1 кг и напряжении до 100 В. По результатам проведенных экспериментальных исследований определено, что предложенная математическая модель позволяет смоделировать процесс работы пьезоэлектрического двигателя с погрешностью не более 10 %.
Пьезоэлектрический двигатель, шаговый двигатель, пилообразный сигнал управления, математическая модель, пьезопакет
Короткий адрес: https://sciup.org/14114632
IDR: 14114632 | УДК: 061.5:629.78 | DOI: 10.26732/2618-7957-2019-3-164-170
Mathematical modeling of piezoelectric step-engine work
In the article the results of new piezoelectric step-engine research are presented. The original construct of piezoelectric step-engine is contained in special engineering lever called grab device that can organize back and forward rod’s motion with only one piezo element activity. To choose the effective process of piezoelectric step-engine work the mathematical model was created. This mathematical model describes inner piezoelectric step-engine process like a non-linear vibrational system. The mathematical model identifies speed of piezoelectric step-engine elements over the vibration period with different frequency, load level and voltage. The prototype of piezoelectric step-engine was produced. Experimental issues were conducted. Piezoelectric step-engine’s technical specifications are positioning accuracy over 10–6 meter, speed of movement over 10 mm per minute with weight of load to 1 kg and voltage to 100 Volt. On the results of experimental research it is defined that mathematical model enables to model working process of piezoelectric stepengine with an error not more than 10 %. This research verifies viability of proposed construction and provides the way to increase output power of piezoelectric step-engine.
Список литературы Математическое моделирование процесса работы пьезодвигателя типа «Захват»
- Ozawa S. Design concept of large deployable reflector for next generation L-band SAR satellite // The 2nd International Scientific Conference Advanced Lightweight Structures and Reflector Antennas Proceedings, Tbilisi, 2014, pp. 43–51.
- Nakamura K., Nakamura N. Concept Design of 15m class Light Weight Deployable Antenna Reflector for L-band SAR Application // 3rd AIAA Spacecraft Structures Conference, AIAA SciTech Forum, San Diego, 2016. doi: 10.2514/6.2016-0701.
- Zheng F., Chen M. New Conceptual Structure Design for Affordable Space Large Deployable Antenna // IEEE Transactions on Antennas and Propagation, 2015, vol. 63, no. 4, pp. 1351–1358. doi: 10.1109/TAP.2015.2404345
- Пономарев С. В. Трансформируемые рефлекторы антенн космических аппаратов // Вестник Томского государственного университета. Математика и механика. 2011. №4 (16). С. 110–119.
- Peng Y., Gu X., Wang J., Yu H. A review of long range piezoelectric motors using frequency leveraged method // Sensors and Actuators, 2015, vol. 235, pp. 240–255. doi: 10.1016/j.sna.2015.10.015
- Wang L., Chen W., Liu J., Deng J., Liu Y. A review of recent studies on non-resonant piezoelectric actuators // Mechanical Systems and Signal Processing, 2019, vol. 133, no. 106254. doi: 10.1016/j.ymssp.2019.106254
- Azin A., Rikkonen S., Ponomarev S., Kuznetsov S. Alignment of distributed oscillation systems in piezo motors // IOP Conf. Series: Journal of Physics, 2019, vol. 1145, no. 012007. doi: 10.1088/1742-6596/1145/1/012007
- Azin A., Rikkonen S., Ponomarev S., Kuznetsov S. Design issues of the piezo motor for the spacecraft reflector control system // MATEC Web of Conferences, 2018, vol. 158, no. 01005. doi: 10.1051/matecconf/201815801005
- Азин А. В., Рикконен С. В., Пономарев С. В., Орлов С. А. Линейный реверсивный вибродвигатель. Пат. № 2187888, Российская Федерация, 2019, бюл. № 10.
- Azin A., Rikkonen S., Ponomarev S., Kuznetsov S., Maritsky N. Designing a precision motor for the spacecraft reflector control system // AIP Conference Proceedings, 2019, vol. 2103, no. 020001. doi: 10.1063/1.5099865
- Панич А. Е. Пьезокерамические актюаторы : учеб. пособие / Ростов н/Д : Изд-во Южного федерального университета, 2008. – 159 с.
- Бобцов А. А., Бойков В. И., Быстров С. В., Григорьев В. В., Карев П. В. Исполнительные устройства и системы для микроперемещений : учеб. пособие / СПб : Университет ИТМО, 2017. – 134 с.
- Многослойные пьезоактюаторы. URL: https://www.elpapiezo.ru/Datasheets/AKTUATORS%20multilayer.pdf (дата обращения: 23.09.2019)
