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1、学校代码：10259学号：156101115密级：公开上海应用技术大学硕士学位论文题目：压电陶瓷驱动器的制备及其控制技术英文题目：PreparationandControlTechnologyofPiezoelectricActuator专业：仿生装备与控制工程学院：电气与电子学院研究方向：微机电系统姓名：王欢指导教师：李以贵2018年5月22日上海应用技术大学硕士学位论文压电陶瓷驱动器的制备及其控制技术摘要随着电子、机械、信息、通信等技术发展，人们已经可以展望未来物联网（loT）社会的各类微型传感器、驱动器、无线发射器在生活中得以具体应用的场景。其中驱动器作为重要的执行器
2、件，采用MEMS（微机电系统）技术加工，具备加工精度高、尺寸小、批量成本低等优点。本文选取厚度为300μm的块材PZT压电材料制备悬臂梁式微驱动器，根据所选取的材料针对性的选择了切割工艺、键合工艺、减薄工艺、和激光烧蚀工艺及硅的湿法刻蚀工艺组合，完成了悬臂梁的制备。对压电悬臂梁模型进行了简化分析计算及ANSYS建模仿真，给出了悬臂梁尖端位移的理论计算值和仿真值。工艺讨论和制备环节，介绍了不同厚度的压电层的制备工艺方法，对不同厚度的压电薄膜层的特性进行了比较后，确定选择块材PZT以共晶键合工艺结合减薄工艺的方式实现压电厚膜的制备。键合工艺中使用Au做中间层，并讨论了Au厚度对
3、键合强度的影响，确定了Au层的总厚度为1.8μm。通过预留切割槽和使用激光烧蚀加工技术完成了悬臂梁的对准加工和结构释放。制备完成后搭建测试系统，完成了输出位移-电压曲线的测试，静态和带负载状态的数据结果曲线体现了压电陶瓷所固有的迟滞特性。对迟滞特性的成因进行讨论后，使用基于逆迟滞模型构建前馈补偿结合PID或模糊PID的控制模型以补偿驱动器的位移输出，对控制模型进行了Simulink仿真,并对两种算法跟踪误差、超调、动态响应性能做了比较。关键词：仿生学，压电陶瓷，悬臂梁，共晶键合，PZT减薄，迟滞特性，PID，模糊PIDPreparationandControlTechnol
4、ogyofPiezoelectricActuatorAbstractWiththedevelopmentoftechnologiessuchaselectronics,machinery,information,andcommunications,peoplecanalreadylookforwardtothespecificapplicationscenariosofvarioustypesofminiaturesensors,actuators,andwirelesstransmittersintheInternetofThings(loT)societyinthefu
5、ture.Amongthem,theactuators,asanimportantexecutiondevice,isprocessedbyMEMS(Micro-Electro-Mechanical-Electro-Mechanical-System)technology,andhastheadvantagesofhighprocessingprecision,smallsize,andlowcostinbatches.Inthispaper,acantileverbeammicro-actuatorisfabricatedfrombulkPZTpiezoelectricm
6、aterialwithathicknessof300μm.Thecuttingprocess,bondingprocess,thinningprocess,andlaserablationprocessandwetetchingofsiliconareselectedaccordingtotheselectedmaterial.Theetchingprocesscombinationcompletesthepreparationofthecantileverbeam.Thesimplifiedanalysisofpiezoelectriccantileverbeammode
7、landANSYSmodelingsimulationwerecarriedout.Thetheoreticalcalculationvaluesandsimulationvaluesofcantileverbeamtipdisplacementweregiven.Duringtheprocessdiscussionandpreparation,thepreparationmethodsofpiezoelectriclayerswithdifferentthicknesseswereintroduced.Thech
