Пьезо-преобразователь поступательного движения

 
в палитре на схеме

Блок реализует модель линейного пьезоэлектрического актуатора, без учета гистерезиса.

Преобразователь представляет собой сборку из нескольких пьезоэлектрических пластин, зажатых между электродами. Характеризуется количеством пластин, их площадью, толщиной и свойствами пьезоэлетрического материала.

z - направление движения актуатора при поляризации.

Линейные соотношения для пластины представленные в сжатой матричной форме:

где S - датчик деформации; SE - матрица упругости при постоянном электрическом поле; T - тензор напряжений; d - матрица пьезоэлектрического материала; E - вектор электрического поля; D - вектор электрического смещения; ε - диэлектрическая проницаемость при постоянном напряжении.

Отсюда можно записать:

где dz смещение в направлении z; F - сила в направлении Z; U - напряжение; dq - заряд; tn - толщина пластины; area - площадь пластины.

С учетом общего количества пластин это приводит к:

где count - количество пластин в сборке.

Отсюда можно записать:

Выражая силу и напряжение:
В данной модели применено правило, что положительное напряжение приводит к выдвижению актуатора. Производные силы и напряжения при этом вычисляются как:

Порты

  • + - электрическая связь для подключения положительного потенциала электрической цепи;
  • ̶ - электрическая связь для подключения отрицательного потенциала электрической цепи;
  • С - механический порт поступательного движения, принимающий значение скорости и передающий на выход значение силы;
  • R - механический порт поступательного движения, принимающий значение скорости и передающий на выход значение силы.

Свойства

  • Число слоев - число пластин пьезоэлектрического материала в сборке;
  • Площадь слоя, мм^2 - площадь одного слоя пьезоэлектрического материала;
  • Толщина слоя, мм - толщина одного слоя пьезоэлектрического материала;
  • Относительная диэлектрическая проницаемость - характеристика пьезоэлектрического материала;
  • Коэффициент электромеханической связи - характеристика пьезоэлектрической сборки;
  • Коэффициент упругости, м^2/H - характеристика пьезоэлектрического материала.

Параметры

  • Сила, Н - сила, действующая на шток поступательного движения;
  • Относительная скорость, м/с - разность скоростей, поступающих на входы блока;
  • Перемещение, м - интеграл разности скоростей, поступающих на входы блока;
  • Напряжение, В - напряжение на блоке;
  • Ток, А - величина тока, протекающего через блок.

Сопутствующие материалы