Análisis dinámico de un posicionador nanométrico de estructura flexible accionado por un actuador piezoeléctrico

Abstract

El desarrollo de nuevas áreas de la ciencia y la tecnología requieren de sistemas que presenten una alta resolución de posicionamiento con una elevada velocidad de movimiento, como es el caso de micro fabricación, biotecnología, microscopía, entre otras. Una manera efectiva para lograr pequeños desplazamientos es mediante deformaciones elásticas de sistemas flexibles accionados por actuadores piezoeléctricos.En este trabajo se presenta el estudio de la dinámica de un posicionador nanométrico deestructura flexible accionado por un piezoeléctrico, caracterizando la dinámica del mismomediante el desarrollo analítico de un modelo lineal. Para estimar los parámetros del sistemase realizan simulaciones numéricas y ensayos de respuesta en frecuencia, logrando una buena correspondencia del modelo con los datos experimentales en un rango de frecuencia hasta los 3 kHz. Luego se presentan resultados del sistema a lazo cerrado, donde se puede observar que se logran posicionamientos controlados con dispersión de los datos acotados en una banda de ±9 nm respecto del valor medio.The development of new areas in science and technology requires systems with high positioning resolution and high velocity of movement, such the cases of microfabrication, biotechnology, microscopy, among others. An effective way to achieve micrometric displacements with nanometric resolution is through elastic deformations in a flexible system actuated by a piezoelectric. This work presents the dynamic study and a linear model of a nanometric positioning system with a flexible structure actuated by a piezoelectric. The parameter estimation was performed by numerical simulations and experimental frequency response tests, achieving a good correlation between the model and the experimental data up to 3 kHz. After that, closed loop results are presented where the data scattering is confined to a band of ±9 nm respect to the average value.