Системы управления и элементы усиливающего пьезоэлектрического актюатора для прецизионного позиционирования

№ 3 (35), 2015 Технические науки. Электроника, измерительная и радиотехника

УДК 681.586’326:539.2

А. Г. Амельченко, В. А. Бардин, В. А. Васильев

СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ И ЭЛЕМЕНТЫ УСИЛИВАЮЩЕГО ПЬЕЗОЭЛЕКТРИЧЕСКОГО АКТЮАТОРА ДЛЯ ПРЕЦИЗИОННОГО ПОЗИЦИОНИРОВАНИЯ

Аннотация.

Актуальность и цели. Объектом исследования является система управления прецизионным изгибно-натяжным (усиливающим) пьезоэлектрическим актюатором, состоящим из четырех пьезопакетов, размещенных на основании с упорами и установленных в охватывающий их упругий корпус. Предметом исследования являются методы компенсации гистерезиса и совершенствования конструктивных элементов, повышающие линейность, точность, диапазон его рабочего перемещения. Цель исследования - разработка системы управления изгибно-натяжным пьезоэлектрическим актюатором с замкнутой и разомкнутой цепью обратной связи для многофункционального тестового оборудования, обеспечивающего перемещение объекта по одной координате с нанометровым разрешением.

Материалы и методы. Повышение точности позиционирования системы управления с разомкнутой цепью обратной связи и компенсация гистерезиса пьезоэлементов выполнены с помощью математической модели Прейсака, а с замкнутой цепью обратной связи - с помощью схемы с пленочными тензо-резистивными датчиками изгибной деформации упругой рамки; исследование процессов деформирования изгибных элементов упругой рамки выполнены методом конечных элементов.

Результаты. Разработаны две системы управления для прецизионного позиционирования на основе усиливающего пьезоэлектрического актюатора, применяемые в многофункциональном тестовом оборудовании. Разработана компьютерная модель упругой рамки усиливающего пьезоактюатора, проведено ее исследование, введены изгибные элементы в виде вырезов и оптимизированы их размеры для получения максимальной точности при максимальном диапазоне перемещения.

Выводы. Разработанная система позиционирования с разомкнутой цепью обратной связи, использующая математическую модели Прейсака, имеет простую схему управления, обеспечивающую диапазон перемещения 200 мкм и точность позиционирования ±2,5 мкм. Система позиционирования с пленочными тензорезистивными датчиками изгибной деформации упругой рамки обеспечивает диапазон перемещения 104 мкм и точность позиционирования 12 нм.

Ключевые слова: система управления, усиливающий пьезоактюатор, упругая рамка, нано- и микроперемещение, точность позиционирования.

A. G. AmelChenko, V. A. Bardin, V. A. Vasil'ev

CONTROL SYSTEMS AND ELEMENTS OF AN AMPLIFYING PIEZOELECTRIC ACTUATOR FOR PRECISION POSITIONING

Abstract.

Background. The research object is a control system of precision flexural tension piezoelectric actuator, consisting of four piezopackages, placed on a base with sup-

Engineering sciences. Electronics, measuring equipment and radio engineering 111

Известия высших учебных заведений. Поволжский регион

ports and inserted into elastic package. The research subject is the methods of compensation of hysteresis and improvement of structural elements, increasing linearness, accuracy, a range of its operational movement. The aim of the work is to develop a control system of a flexural tension piezoelectric actuator with open-loop and closed-loop feedback for multifunction testing equipment, providing movement of an object along one coordinate with nanometer resolution.

Materials and methods. Imrovement of positioning accuracy of a control system with open-loop feedback and compensation of hysteresis of piezoelectric elements were performed using the Preisach mathematical model, and closed-loop feedback -using schemes with film piezoresistive sensors of bending deformation of an elastic frame; the study of deformation processes of elastic elements of the elastic frame was performed using the finite element method.

Results. The authors developed two control systems for precise positioning on the basis of enhancing the piezoelectric actuator used in multifunctional test equipment. Also the researchers developed a computer model of the elastic frame of amplified piezoactuator, researched it, introduced bending elements in the form of notches and optimized their sizes for maximum accuracy in the maximum range of movement.

Conclusions. The developed positioning system with open-loop feedback, using the Preisach mathematical model, has a simple control scheme, providing a range of movement of 200 microns and positioning accuracy of ± 2,5 microns. The positioning system with film piezoresistive sensors of bending deformation of the elastic frame provides a range of movement of 104 microns and positioning accuracy of 12 nm.

Key words: control system, amplifying piezoactuator, elastic frame, nano-and micro-displacements, positioning precision.

С развитием нано- и микротехнологий, нано- и микросистемной техники возрастает потребность в устройствах для точного позиционирования объектов. Общим для всех исследовательских и производственных процессов является необходимость в системах управления взаимным позиционированием исследуемого объекта или заготовки с рабочим органом тестового, производственного оборудования или инструментом. Важную роль в таких системах управления играют современные исполнительные механизмы - актюато-ры для нано- и микропозиционирования, построенные на различных принципах действия. От их точности в основном зависит эффективность функционирования систем управления и точность позиционирования объектов.

Целью исследования является разработка системы управления прецизионным позиционирющим устройством для тестового прибора широкого профиля, обеспечивающего перемещение объекта по одной координате с нанометровым разрешением.

При разработке такой системы управления ставились и решались следующие задачи: информационный поиск аналогов, определение возможных областей применения, обоснование и выбор типа привода; исследование, расчет и разработка конструкции актюатора, отвечающего поставленным требованиям; разработка схемы управления актюатором.

За рубежом системы управления прецизионными позиционирющими устройствами используются достаточно широко. Из иностранных производителей можно отметить фирмы Physik Instrumente, Cedrat Technologies, Heidenhain, Renishaw.

112

University proceedings. Volga region

№ 3 (35), 2015 Технические науки. Электроника, измерительная и радиотехника

Преимуществом предлагаемой системы позиционирования по сравнению с аналогами являются универсальность применения, повышенная точность, достаточно большой диапазон перемещения, малые габариты, возможность управления от пульта или от ПЭВМ, более низкая цена. Разработанная система позиционирования состоит из измерительного зонда, исполнительного механизма (привода), который его перемещает, и устройства управления (рис. 1).

Рис. 1. Структурная схема системы прецизионного позиционирования

В качестве исполнительных механизмов исследовательского и тестового оборудования для нано- и микроперемещений вместо традиционных электромеханических систем (коллекторные, шаговые и бесколлекторные микроэлектродвигатели) чаще всего используют пьезоактюаторы и пьезодвигатели на их основе.

Пьезоактюатор (piezo actuator) работает на обратном пьезоэффекте и преобразует электрическую энергию в механическую (напряжение и заряд в силу и движение), конструктивно состоит из корпуса, одного или нескольких пьезоактюаторов и различных элементов, поддерживающих их работу. В конструкцию пьезодвигателя могут быть встроены различные датчики ускорений, скоростей и перемещений [1].

Преимущества пьезоактюаторов: высокая точность позиционирования до долей нм (ограничена только возможностями управляющей электроники); отсутствие трущихся и промежуточных частей; самоторможение при отсутствии питания (при этом усилие удержания выше тягового); высокое соотношение сила/масса, обеспечивающее быстрый отклик; низкая потребляемая мощность; отсутствие электромагнитного излучения; возможность работы при криогенных температурах и в сверхвысоком вакууме; высокий КПД (до 90 % и более); большое усилие; малые габариты и масса (по сравнению с электромагнитными двигателями); возможность гибкой разработки конструкции пьезодвигателя с требуемыми характеристиками для выполнения конкретной задачи и др. [2, 3].

Недостатком пьезоэлектрических актюаторов нано- и микроперемещений является наличие внутренних дестабилизирующих факторов, таких как гистерезис, ползучесть и динамические вибрации [4].

Хотя в настоящее время разработано большое число разных видов пьезоприводов, но в связи с расширением областей их применения вопросы исследования, создания и усовершенствования систем управления прецизионным позиционированием с применением двигателей и актюаторов являются достаточно актуальными [3, 5-10].

В ходе исследования и анализа существующих конструкций пьезоэлектрических актюаторов выявлено, что перспективным видом являются изгиб-но-натяжные или усиливающие пьезоэлектрические актюаторы. Они преоб-

Engineering sciences. Electronics, measuring equipment and radio engineering 113

Известия высших учебных заведений. Поволжский регион

разуют небольшое удлинение многослойного пьезокерамического элемента в деформацию изгиба металлической пластины (упругой рамки), охватывающей этот элемент. Благодаря механическому усилению преобразования такие пьезоактюаторы обеспечивают многократное увеличение перемещения по сравнению с многослойными актюаторами прямого действия [9].

Усиливающие пьезоактюаторы обычно состоят из набора пьезоэлементов и помещаются в упругие корпуса (используют гибкие элементы или пружины), обеспечивая при этом необходимое поджатие для устранения межэлектродных зазоров в пакете, увеличение жесткости, надежности, обеспечения симметричных характеристик хода вперед и назад, улучшение динамики (приемистости) и пьезомеханических характеристик пьезоактюатора [2] (рис. 2,а). Конструкция со сдвоенными изгибно-натяжными пьезоактюатора-ми, работающими во встречных направлениях, обеспечивает центрирование и возврат измерительного зонда в исходную точку при снятии управляющего напряжения (рис. 2,б).

Рис. 2. Изгибно-натяжные пьезоактюаторы: а - эллипсоидная конструкция; б - сдвоенные изгибно-натяжные пьезоактюаторы

Основные области применения усиливающих пьезоактюаторов: оптикомеханические устройства с системой активной стабилизации, устройства линейного позиционирования для контроля параметров изделий точного приборостроения, системы гашения вибрации [10].

Структурная схема разработанной системы управления усиливающим пьезоактюатором для прецизионного позиционирования показана на рис. 3.

По результатам исследования существующих конструкций изгибно-натяжных (усиливающих) пьезоактюаторов была разработана новая конструкция. За основу взята конструкция эллипсоидного изгибно-натяжного пьезоактюатора с использованием изгибных элементов (вырезов) (рис. 2,а).

На рис. 4 показана 3Б-модель усиливающего пьезоэлектрического ак-тюатора в сборе (без верхней крышки). Упругая рамка содержит рабочее перемещаемое звено усиливающего пьезоэлектрического актюатора. Она имеет две параллельные противоположные жесткие стороны и две выпуклые упругие стороны с жесткими центрами. В рамке сделаны восемь внешних вырезов и четыре внутренних выреза, благодаря которым в перемещаемом звене рам-

114

University proceedings. Volga region

№ 3 (35), 2015 Технические науки. Электроника, измерительная и радиотехника

ки образованы изгибные элементы. Эти изгибные элементы образованы на границах жестких и упругих сторон рамки с внутренней и внешней ее стороны, а также по краям жестких центров с внешней стороны рамки (перемещаемого звена).

Рис. 3. Структурная схема разработанной системы управления усиливающим пьезоактюатором для прецизионного позиционирования

Нагружающая сила FHarp

Рис. 4. 3Э-модель разработанной конструкции усиливающего пьезоэлектрического актюатора

Конструктивно пьезопривод состоит из основания с тремя упорами, на котором параллельно установлены четыре многослойных прямоугольных пьезоэлемента, при этом торцами они прижаты к упорам, а поверхности с электродами сориентированы одинаковой полярности. Сверху на эту конструкцию одевается упругая рамка. Предварительное поджатие пьезоактюа-торов осуществляется за счет растяжения упругой рамки перед установкой, так как длина внутреннего окна мембраны в спокойном состоянии меньше длины основания с пьезоактюатором. После установки мембраны на место она разжимается и прижимает пьезоэлементы к упорам, обеспечивая необходимое усилие поджатия, которое обеспечивает их плотную посадку между опорными поверхностями, исключает наклон и зазоры, позволяет работать при биполярном управляющем напряжении.

Engineering sciences. Electronics, measuring equipment and radio engineering 115

Известия высших учебных заведений. Поволжский регион

Сила предварительного поджатия (предподжатия) определяется динамическими характеристиками пьезопривода:

^подж _ ^дин _ тА1 1 t2 ,

где т - масса нагрузки; Allt2 - ускорение при перемещении нагрузки на расстояние А/.

Принцип действия усиливающего пьезоактюатора основан на расширении упругой рамки пьезоэлементами (пакетами из пьезоэлементов), при этом рабочее перемещение, пропорциональное воздействующему напряжению, увеличивается за счет эффекта рычага в соотношении 25:1 (b:a) в зависимости от удлинения пьезоактюаторов (рис. 5). Также упругая рамка осуществляет предварительное поджатие пьезоэлементов.

6=7,75

о

a

6-7,765

Рис. 5. Увеличение рабочего перемещения за счет эффекта рычага

Электрически пьезоактюаторы подключены параллельно к блоку управления. При подаче на электроды пьезоактюаторов управляющего напряжения от 0 до +120 В они начинают удлиняться, давят на торцевые поверхности флексерной мембраны, в результате чего происходит перемещение ее боковых поверхностей.

В отличие от известных конструкций [11-13], данное исполнение обеспечивает удвоенное перемещение и учетверенное нагрузочное усилие: две пары пьезоактюаторов установлены в противоположные упоры на основании и работают встречно, при параллельной работе четырех пьезоактюаторов общее нагрузочное усилие увеличивается в четыре раза.

Для определения влияния дополнительных геометрических элементов на передаточную характеристику усиливающего пьезоэлектрического актюа-тора проведено компьютерное моделирование упругой рамки методом конечных элементов в программе COMSOL c учетом условий ее крепления [14]. При этом последовательно вводились вырезы, образующие изгибные элементы и утолщения жестких сторон рамки. В результате были определены зависимости рабочего перемещения и деформаций жестких (боковых) сторон рамки от параметров изгибных вырезов и утолщений.

На рис. 6 показаны исходные 3Б-модели упругой рамки и 3Б-модели упругой рамки с дополнительными геометрическими элементами.

Окончательная конструкция упругой рамки (рис. 6,б) имеет следующие параметры конструктивных элементов, переведенные в безразмерный вид с помощью относительного параметра t, равного длине ее внутреннего окна (в нашем примере t = 17 мм):

- материал (из библиотеки) - инструментальная сталь ^2;

- радиус выреза Ri = 0,006t;

116

University proceedings. Volga region

№ 3 (35), 2015 Технические науки. Электроника, измерительная и радиотехника

- глубина h1 = 0,059t;

- радиус выреза R2 = 0,012t;

- радиус выреза R3 = 0,024t;

- высота утолщений боковых сегментов hc = 0,176t.

При подаче на пьезопакеты управляющего напряжения 120 В рабочий ход новой рамки составляет 200 мкм, что в 1,7 раза больше по сравнению с 120 мкм базовой конструкции, а изгиб боковой стенки уменьшен в 1,4 раза с 97 до 69 мкм (усилие воздействия на рамку пьезоактюаторов = 2000 Н).

а) б)

Рис. 6. Исходная ЗИ-модель упругой рамки (а);

ЗИ-модель упругой рамки с дополнительными геометрическими элементами

Исходя из результатов моделирования получены следующие соотношения между параметром t, величиной рабочего хода (перемещение жестких центров) Д/раб, изгиба жестких боковых стенок рамки Л/бок и силой пьезоактюаторов FnA:

^1раб 0,1FnA /t;

^1бок _ 0,342Л/раб .

Изменение рабочего хода рамки и изгиба жестких (боковых) сторон в зависимости от силы действия пьезоактюаторов имеет линейную зависимость, а их значения пропорциональны параметру t. Поэтому для получения оптимальных конструктивных размеров рамки в зависимости от требуемых характеристик пьезоактюатора (величина хода, сила действия пьезоактюато-ров) достаточно определить оптимальное значение параметра t, по которому вычисляются размеры рамки.

Для обеспечения высокой точности и эффективности работы пьезоак-тюаторов и пьезодвигателей необходимо компенсировать гистерезис пьезокерамики. Для этого управляющий сигнал необходимо корректировать в зависимости от отклонения реального перемещения от заданного. По методам коррекции нелинейности перемещения схемы управления пьезоактюаторами делятся на схемы с разомкнутой цепью обратной связи, где применяются программные средства, основанные на моделях пьезоактюаторов, представляющих собой математическое описание свойств материалов, поведения элементов и частей пьезоактюаторов, и схемы с замкнутой цепью обратной связи, которые используют датчики положения (датчики обратной связи).

Engineering sciences. Electronics, measuring equipment and radio engineering 117

Известия высших учебных заведений. Поволжский регион

Первый вариант системы управления позиционированием обеспечивает компенсацию нелинейности, связанную с изгибом жестких боковых сторон рамки и с гистерезисом пьезоэлементов (пьезопакетов) численно-программными методами. Так как величина изгиба боковых стенок рамки изменяется пропорционально изменению рабочего хода рамки, то для его компенсации при формировании управляющего сигнала вводится поправочный коэффициент в соответствии с формулой (3). Для компенсации гистерезиса часто используется модель Прейсака - модель пьезоактюатора, представляющая собой математическое описание свойств материалов, поведения элементов и частей пьезоактюаторов (систем на основе пьезоактюаторов), согласно которой материалы составлены из крошечных магнитных частиц, имеющих магнитный момент, и зависящий от приложенного электрического поля [4]. Математически модель гистерезиса Прейсака представляет собой результат комбинированного воздействия бесконечного числа гистерезисных операторов Прейсака 5р (а,в,u(t)). Каждому оператору свойственно верхнее значение

переключения а и нижнее значение переключения в, при этом а > в. Каждый оператор имеет два значения насыщения: 0 и 1, вклад оператора в результат комбинированного воздействия корректируется коэффициентом ц(а, в), называемым весовой функцией Прейсака. Согласно модели Прейсака выходная функция гистерезисной системы имеет вид

fP

а >в

где u(t) - входная функция системы.

Точность позиционирования системы управления с компенсацией гистерезиса пьезоэлементов с помощью математической модели Прейсака в установившемся режиме достигает ±2,5 мкм (±0,1 мкм х 25) [15].

Недостатком вычислительных методов компенсации гистерезиса является сложность прогнозирования перемещения пьезоактюатора при воздействии внешних факторов, ухудшение точности при увеличении скорости перемещения.

В ходе исследования систем позиционирования определено, что одним из эффективных методов создания прецизионных пьезоактюаторов является измерение перемещения с помощью установленных на его поверхности отдельных пленочных тензорезистивных элементов. На основе первой конструкции изгибно-натяжного пьезоэлектрического актюатора разработана новая конструкция усиливающего пьезоактюатора с установленными на внешней стороне упругой рамки тензоэлементами, выполняющими функцию датчика перемещения (обратной связи).

Для определения влияния изгибных элементов на передаточную характеристику самочувствительного усиливающего пьезоэлектрического актюа-тора и оптимизации конструкции его упругой рамки (рис. 7) было проведено ее компьютерное моделирование, в ходе которого последовательно менялись размеры вырезов и их отношения к толщине изгибных перемычек.

Были определены зависимости величин деформационного напряжения по Мизесу упругой рамки и рабочего перемещения пьезоактюатора от относительных размеров вырезов (отношения радиуса выемки к толщине пере-

118

University proceedings. Volga region

№ 3 (35), 2015 Технические науки. Электроника, измерительная и радиотехника

мычки до внешней стороны рамки): график для выреза R1 приведен на рис. 8,а, а для выреза R2 - на рис. 8,б.

Определено, что оптимальное значение отношения радиусов внутренних вырезов на рамке R к толщине их перемычек в месте выреза S равно 0,8 (соответствует средней точке между точками перегиба 0,4 и 1,2 на оси абсцисс для кривых о1 и о2), при этом обеспечивается максимальное перемещение и одинаковый уровень деформационного напряжения.

Улругая рамка

Рис. 7. Результаты компьютерного моделирования конструкции упругой рамки: а - 3Б-модель упругой рамки с тензоэлементами; б - график распределения напряжения по Мизесу вдоль перемещаемого сегмента (отрезок 1) до оптимизации конструкции рамки; в - график распределения напряжения по Мизесу вдоль перемещаемого сегмента (отрезок 1) после оптимизации конструкции рамки.

В зависимости от требуемой точности такая конструкция предоставляет возможность использовать от двух до восьми тензоэлементов. При использовании мостовой схемы с четырьмя тензоэлементами устраняется нелинейность моста, влияние изменения температуры окружающей среды, технологические отклонения размеров. При этом устанавливаются четыре или восемь (по два соединенных последовательно) тензоэлемента в местах изгибов упругой рамки, а в схеме включения тензоэлементы (пары тензоэлементов) с оди-

Engineering sciences. Electronics, measuring equipment and radio engineering 119

Известия высших учебных заведений. Поволжский регион

наковой деформацией (сжатие/расширение) располагаются в противоположных плечах мостовой измерительной цепи. Напряжение сигнала обратной связи от моста с четырьмя тензоэлементами на выходе усилителя вычисляется по формуле

uj _it J RR

Jвых _ kJпит R ,

где AR - изменение сопротивления тензорезистора от номинального значения Rg = R (Ri = R2 = R3 = R4 = R) для единичной деформации s; k - коэффициент усиления дифференциального сигнала, Тпит = +5В - напряжение питания.

Рис. 8. Результаты компьютерного моделирования конструкции: а - зависимость рабочего хода рамки (Араб) и изгибных напряжений в местах вырезов (с1 и с2) от отношения радиуса внутреннего выреза R2 к толщине внешней перемычки S2; б - зависимость рабочего хода рамки (Араб) и изгибных напряжений в местах вырезов (с1 и с2) от отношения радиуса внутреннего выреза Ri к толщине внешней перемычки Si

В качестве примера взяты тензорезисторы SGD-3/350-LY13 с номинальным сопротивлением 350 Ом и коэффициентом тензочувствительности 1. Датчик имеет плотность шума ~ 15±/V Гц и частоту среза шума 1/f ~ 5 Гц. Используются восемь тензорезисторов, которые наклеены с внешней стороны рамки напротив вырезов и включены попарно по схеме дифференциального

120

University proceedings. Volga region

№ 3 (35), 2015 Технические науки. Электроника, измерительная и радиотехника

моста с четырьмя переменными элементами: две пары имеют отрицательную деформацию, а две - положительную. Параметры схемы измерения перемещения пьезоактюатора: сопротивление тензорезисторов - 1 кОм, напряжение питания - 5 В, изменение измеряемого напряжения для деформации 0,1 % -2,5 мВ, частота среза 1/f - 5 Гц, частота управляющего сигнала - F = 0,01 Гц, ширина полосы пропускания первого порядка - 1 кГц, коэффициент усиления усилителя - k = 2000.

Точность измерения перемещения такой схемы равна 290 нВ [16]. На рис. 9 показан макетный образец усиливающего пьезоактюатора. При усилии, создаваемом четырьмя пьезоэлементами, равном 1200 Н, диапазон перемещения макетного образца этой конструкции пьезоактюатора равен 104 мкм, при этом точность позиционирования составляет 12 нм.

Рис. 9. Макетный образец усилительного пьезопривода

Заключение

Разработаны два варианта систем управления прецизионным позиционирующим устройством для тестового прибора широкого профиля, обеспечивающего перемещение объекта по одной координате с нанометровым разрешением. В первом варианте компенсация нелинейности проводится численно-программными методами на основе математической модели гистерезиса Прейсака с точностью позиционирования ±2,5 мкм (1,25 %), а во втором -с помощью установленных на упругой рамке пленочных тензорезистивных элементов с точностью позиционирования 1,2 нм (0,01 %).

Разработана и оптимизирована конструкция усиливающего пьезоактю-атора на основе изгибно-натяжной конструкции с использованием изгибных вырезов и встречным включением пьезоактюаторов. Введение изгибных вырезов на упругих сторонах рамки позволило дополнительно увеличить рабочий ход рамки в 1,7 раза - до 200 мкм, что в 85 раз больше, чем у пьезоактюатора прямого действия. С помощью полученной зависимости величины перемещения от силы действия пьезопакетов и от конструктивных размеров упругой рамки, определяемых безразмерным параметром t, можно получить оптимальные конструктивные размеры рамки в зависимости от требуемых характеристик пьезоактюатора.

В ходе проведения компьютерного моделирование упругой рамки с установленными тензоэлементами определено, что оптимальное отношение радиусов внутренних вырезов на рамке к толщине внешних перемычек в месте выреза, при котором достигается максимальная величина перемещения и максимальная точность позиционирования, равно 0,8. Предложенная система

Engineering sciences. Electronics, measuring equipment and radio engineering 121

Известия высших учебных заведений. Поволжский регион

позиционирования обеспечивает диапазон перемещения измерительного зонда 104 мкм.

Список литературы

1. Бобцов А. А. Исполнительные устройства и системы для микроперемещений /

A. А. Бобцов, В. И. Бойков, С. В. Быстров, В. В. Григорьев. - СПб. : СПбГУ

ИТМО, 2011. - 131 с.

2. Бардин, В. А. Двигатели для нано- и микроперемещений / В. А. Бардин,

B. А. Васильев // Проблемы автоматизации и управления в технических системах : сб. ст. Междунар. науч.-техн. конф. (г. Пенза, 23-25 апреля 2013 г.) / под ред. д.т.н., проф. М. А. Щербакова. - Пенза : Изд-во ПГУ, 2013. - С. 259-263.

3. Прибор прецизионного позиционирования с нанометровым разрешением /

A. Г. Амельченко, В. А. Бардин, В. А. Васильев, А. Е. Немков, П. С. Чернов //

Информационные материалы в науке и производстве (ИТНП-2013) : материалы Всерос. науч.-техн. конф. (5-6 июня 2013 г.). - Самара : Самар. гос. техн. ун-т, 2013. - С. 3-6.

4. Бардин, В. А. Влияние внутренних дестабилизирующих факторов на пьезоак-тюаторы и системы нано- и микропозиционирования / В. А. Бардин, В. А. Васильев, П. С. Чернов // Университетское образование (МКУО-2014) : сб. ст. XVIII Междунар. науч.-метод. конф., посвящ. 200-летию со дня рождения М. Ю. Лермонтова (г. Пенза, 10-11 апреля 2014 г.) / под ред. А. Д. Гулякова, Р. М. Печерской. - Пенза : Изд-во ПГУ, 2014. - 584 с.

5. Прибор для механических тестов с нанометровым разрешением / А. Г. Амельченко, В. А. Бардин, В. А. Васильев, А. Е. Немков, П. С. Чернов // Проблемы автоматизации и управления в технических системах : сб. ст. Междунар. науч.-техн. конф. (г. Пенза, 23-25 апреля 2013 г.) / под ред. д.т.н., проф. М. А. Щербакова. -Пенза : Изд-во ПГУ, 2013. - С. 309-312.

6. Бардин, В. А. Пьезоактюаторы для измерительных и управляющих систем /

B. А. Бардин, В. А. Васильев // Информационные материалы в науке и производстве (ИТНП-2013) : материалы Всерос. науч.-техн. конф. (5-6 июня 2013 г.). -Самара : Самар. гос. техн. ун-т, 2013. - С. 17-20.

7. Бардин, В. А. Принципы построения пьезоактюаторов для нано- и микроперемещений / В. А. Бардин, В. А. Васильев // Опто-, наноэлектроника, нанотехнологии и микросистемы : тр. XVI Междунар. конф. - Ульяновск : УлГУ, 2013. -

C. 316-317.

8. Васильев, В. А. Пьезоприводы нано- и микроперемещений / В. А. Васильев, В. А. Бардин // Всероссийская научная школа «Волоконно-оптические, лазерные и нанотехнологии в наукоемком приборостроении» : сб. материалов науч.-техн. конф. студентов, аспирантов и молодых ученых, посвящ. 350-летию г. Пензы (г. Пенза, 1-3 октября 2013 г.) / под ред. проф. Т. И. Мурашкиной. - Пенза : Изд-во ПГУ, 2013. - С. 235-236.

9. Бардин, В. А. Принципы построения и перспективы исследований пьезоактю-аторов для нано- и микропозиционирования / В. А. Бардин, В. А. Васильев, П. С. Чернов // Нано- и микросистемная техника. - М. : Новые технологии, 2015. -№ 1. - С. 90-93.

10. Панич, А. Е. Пьезокерамические актюаторы / А. Е. Панич. - Ростов н/Д : РГУ, 2008. - 160 с.

11. Performance-drivencontrol of nano-motionsystems / by Roel J. E. Merry. - Eindhoven University of Technology, 2009.

12. Petitniot, J.-L. Manufacture and properties of first industrial APA’s actuators using carbon epoxy shell / J.-L. Petitniot, F. Claeyssen, A. Bataille // Actuator. - Bremen, 2010. - June 20.

122

University proceedings. Volga region

№ 3 (35), 2015 Технические науки. Электроника, измерительная и радиотехника

13. Compact, Lightweight, and Efficient Piezo-Actuation Chain for Aeronautical Applications / A. Kras, M. Brahim, T. Porchez, C. Bouchet, F. Claeysse // Actuator. - Bremen, 2014. - June 23.

14. Чернов, С. А. Моделирование тонкостенных конструкций, подкрепленных стержнями коробчатого сечения / С. А. Чернов // Известия высших учебных заведений. Поволжский регион. Технические науки. - 2014. - № 1 (29). - С. 102-111.

15. Ziqiang Chi. Fuzzy PID Feedback Control of Piezoelectric Actuator with Feedforward Compensation / Ziqiang Chi, Minping Jia, and Qingsong Xul // Manipulation, Manufacturing and Measurement on the Nanoscale (3M-NANO) : 4 International Conference (27-31 Oct. 2014) - Taipei, 2014. - P. 145-150.

16. Fleming, A. J. A review of nanometer resolution position sensors: Operation and performance / A. J. Fleming // Sensors and Actuators A. - 2013. - № 190. - P. 106126.

References

1. Bobtsov A. A., Boykov V. I., Bystrov S. V., Grigor'ev V. V. Ispolnitel’nye ustroystva i sistemy dlya mikroperemeshcheniy [Actuating devices and systems for microdisplacements]. Saint-Petersburg: SPbGU ITMO, 2011, 131 p.

2. Bardin V. A., Vasil'ev V. A. Problemy avtomatizatsii i upravleniya v tekhnicheskikh sistemakh: sb. st. Mezhdunar. nauch.-tekhn. konf. (g. Penza, 23-25 aprelya 2013 g.) [Problems of automation and control in technical systems: proceedings of the International scientific and practical conference (Penza, 23-25 April 2013)]. Penza: Izd-vo PGU, 2013, pp. 259-263.

3. Amel'chenko A. G., Bardin V. A., Vasil'ev V. A., Nemkov A. E., Chernov P. S. Infor-matsionnye materialy v nauke i proizvodstve (ITNP-2013): materialy Vseros. nauch.-tekhn. konf. (5-6 iyunya 2013 g.) [Information materials in science and production (ITNP-2013): proceedings of the All-Russian scientific and technical conference (5-6 June 2013)]. Samara: Samar. gos. tekhn. un-t, 2013, pp. 3-6.

4. Bardin V. A., Vasil'ev V. A., Chernov P. S. Universitetskoe obrazovanie (MKUO-2014): sb. st. XVIII Mezhdunar. nauch.-metod. konf., posvyashch. 200-letiyu co dnya rozhdeniya M. Yu. Lermontova (g. Penza, 10-11 aprelya 2014 g.) [University education (MKUO-2014): proceedings of XVIII International scientific and methodological conference commemorating 200th jubilee of M.Yu. Lermontov (Penza, 10-11 April 2014)]. Penza: Izd-vo PGU, 2014. - 584 s.

5. Amel'chenko A. G., Bardin V. A., Vasil'ev V. A., Nemkov A. E., Chernov P. S. Problemy avtomatizatsii i upravleniya v tekhnicheskikh sistemakh: sb. st. Mezhdunar. nauch.-tekhn. konf. (g. Penza, 23-25 aprelya 2013 g.) [Problems of automation and control in technical systems: proceedings of the International scientific and practical conference (Penza, 23-25 April 2013)]. Penza: Izd-vo PGU, 2013, pp. 309-312.

6. Bardin V. A., Vasil'ev V. A. Informatsionnye materialy v nauke i proizvodstve (ITNP-2013): materialy Vseros. nauch.-tekhn. konf. (5-6 iyunya 2013 g.) [Information materials in science and production (ITNP-2013): proceedings of the All-Russian scientific and technical conference (5-6 June 2013)]. Samara: Samar. gos. tekhn. un-t, 2013, pp. 17-20.

7. Bardin V. A., Vasil'ev V. A. Opto-, nanoelektronika, nanotekhnologii i mikrosistemy: tr. XVI Mezhdunar. konf [Opto-, nanoelectronics, nanotechnologies and microsystems: proceedings of XVI International conference]. Ulyanovsk: UlGU, 2013, pp. 316-317.

8. Vasil'ev V. A., Bardin V. A. Vserossiyskaya nauchnaya shkola «Volokonno-opticheskie, lazernye i nanotekhnologii v naukoemkom priborostroenii»: sb. materialov nauch.-tekhn. konf. studentov, aspirantov i molodykh uchenykh, posvyashch. 350-letiyu g. Penzy (g. Penza, 1-3 oktyabrya 2013 g.) [All-Russian scientific school “Fiber-optic, laser and nanotechnologies in science intensive instrument engineering”: proceedings

Engineering sciences. Electronics, measuring equipment and radio engineering 123

Известия высших учебных заведений. Поволжский регион

the Scientific and technical conference of students, postgraduate students and young scientists, dedicated to 350th anniversary of Penza city (Penza, 1-3 October 2013)]. Penza: Izd-vo PGU, 2013, pp. 235-236.

9. Bardin V. A., Vasil'ev V. A., Chernov P. S. Nano- i mikrosistemnaya tekhnika [Nano-and microsystem technology]. Moscow: Novye tekhnologii, 2015, no. 1, pp. 90-93.

10. Panich A. E. P’ezokeramicheskie aktyuatory [Piezoceramic actuators]. Rostov-on-Don: RGU, 2008, 160 p.

11. Performance-drivencontrol of nano-motionsystems. By Roel J. E. Merry. Eindhoven University of Technology, 2009.

12. Petitniot J.-L., Claeyssen F., Bataille A. Actuator. Bremen, 2010, June 20.

13. Kras A., Brahim M., Porchez T., Bouchet C., Claeysse F. Actuator. Bremen, 2014, June 23.

14. Chernov S. A. Izvestiya vysshikh uchebnykh zavedeniy. Povolzhskiy region. Tekhnich-eskie nauki [University proceedings. Volga region. Engineering sciences]. 2014, no. 1 (29), pp. 102-111.

15. Ziqiang Chi., Minping Jia, and Qingsong Xul Manipulation, Manufacturing and Measurement on the Nanoscale (3M-NANO): 4 International Conference (27-31 Oct. 2014). Taipei, 2014, pp. 145-150.

16. Fleming A. J. Sensors and Actuators A. 2013, no. 190, pp. 106-126.

Амельченко Анатолий Григорьевич главный конструктор направления нанотехники, Производственное объединение «Старт имени М. В. Проценко»

E-mail: opto@bk.ru

Бардин Виталий Анатольевич

аспирант, Пензенский государственный университет

E-mail: opto@bk.ru

Васильев Валерий Анатольевич доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой приборостроения, Пензенский государственный университет

E-mail: opto@bk.ru

Amel'chenko Anatoliy Grigor'evich Chief designer of nanotechnological area, Production Association “Start” named after M. V. Protsenko

Bardin Vitaliy Anatol'evich Postgraduate student, Penza State University

Vasil'ev Valeriy Anatol'evich Doctor of engineering sciences, professor, head of sub-department of instrument engineering, Penza State University

УДК 681.586’326:539.2 Амельченко, А. Г.

Системы управления и элементы усиливающего пьезоэлектрического актюатора для прецизионного позиционирования / А. Г. Амельченко, В. А. Бардин, В. А. Васильев // Известия высших учебных заведений. Поволжский регион. Технические науки. - 2015. - № 3 (35). - С. 111-124.

124

University proceedings. Volga region