Просмотр сведений о научной статье

Обложка номера

Заголовок

Математическое моделирование процесса работы пьезодвигателя типа «Захват»

Авторы

¹А.В. Азин, ²С.А. Кузнецов, ¹С.А. Пономарев, ¹С.В. Пономарев, ¹С.В. Рикконен

Организации

¹Национальный исследовательский Томский государственный университет
г. Томск, Российская Федерация
²АO «Информационные спутниковые системы» им. акад. М. Ф. Решетнёва»
г. Железногорск, Красноярский край, Российская Федерация

Аннотация

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 %.

Ключевые слова

пьезоэлектрический двигатель, шаговый двигатель, пилообразный сигнал управления, математическая модель, пьезопакет

Список литературы

[1] 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.

[2] 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.

[3] 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

[4] Пономарев С. В. Трансформируемые рефлекторы антенн космических аппаратов // Вестник Томского государственного университета. Математика и механика. 2011. №4 (16). С. 110–119.

[5] 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

[6] 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

[7] 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

[8] 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

[9] Азин А. В., Рикконен С. В., Пономарев С. В., Орлов С. А. Линейный реверсивный вибродвигатель. Пат. № 2187888, Российская Федерация, 2019, бюл. № 10.

[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

[11] Панич А. Е. Пьезокерамические актюаторы : учеб. пособие / Ростов н/Д : Изд-во Южного федерального университета, 2008. – 159 с.

[12] 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.

[13] Многослойные пьезоактюаторы. URL: https://www.elpapiezo.ru/Datasheets/AKTUATORS%20multilayer.pdf (дата обращения: 23.09.2019)

Дополнительные сведения

Работа выполнена при финансовой поддержке Минобрнауки России, уникальный идентификатор RFMEFI57817X0257

Цитирование данной статьи

Азин А.В., Кузнецов С.А., Пономарев С.А., Пономарев С.В., Рикконен С.В. Математическое моделирование процесса работы пьезодвигателя типа «Захват» // Космические аппараты и технологии. 2019. Т. 3. № 3. С. 164-170. doi: 10.26732/2618-7957-2019-3-164-170

Данная статья лицензирована по лицензии Creative Commons «Attribution-NonCommercial» («Атрибуция — Некоммерческое использование») 4.0 Всемирная.