作动器又称执行器，是实施主动振动控制的关键部件，其作用是按照确定的控制规律对受控对象施加控制力。应用于主动振动控制领域的作动器按与被控制对象是否接触，可以分为接触式和非接触式两种。目前应用最多的是接触式作动器，它是依靠机械直接传递控制力，这种作动器主要有压电陶瓷、形状记忆合金、磁致伸缩合金和传统型的液体、电气、气体作动器。前三种作动器多用于微幅和智能结构的振动控制；后三种作动器的体积大、重量大CONTROL ENGINEERING China版权所有，多用于地面及固定系统的振动控制。

　　在某些场合www.cechina.cn，需要考虑接触副零件制造误差的影响问题，此时需要非接触式的作动器。可以实现非接触控制力的传递方式主要是电磁、液体和气膜，目前应用最为广泛的是电磁轴承和挤压油膜口，以气膜压力实现振动控制的作动器研究鲜见报道。

　　本文提出了一种新型的基于压电陶瓷的非接触式空气作动器，它依靠其前端空气轴承的气膜来传递控制力。该作动器的主要特点如下：被控对象在某一方向运动的同时，可以实现与之垂直方向的振动控制；由于是非接触，消除了摩擦以及接触副零件制造误差的影响，提高了振动的控制精度。

　　一、空气作动器结构及工作原理

　　空气作动器主要由三部分组成：空气

轴承、压电陶瓷和弹性铰链架。空气轴承通过空气轴承垫与导向板间的气膜对溜板提供控制力；压电陶瓷在控制电压信号作用下伸长或收缩，改变气膜间隙，从而调整控制力；弹性铰链架保证压电陶瓷收缩时，空气轴承垫能够及时回退www.cechina.cn，即保证作动器有足够的频响；支承套支承压电陶瓷；钢球保证压电陶瓷对空气轴承垫只产生轴向推进力；螺钉调整压电陶瓷工作的预压紧力。

　　空气作动器工作原理如下：作动器接受反馈回来的溜板振动信号，驱动压电陶瓷伸长或收缩，改变空气轴承垫与静导轨间的气膜厚度，从而改变气膜压力，达到主动改变控制力的目的。

       二、主要部分设计及特性分析

　　·空气轴承

　　·弹性铰链架　

    ·压电陶瓷

　　压电陶瓷微位移器是近年来发展起来的新型微位移器件CONTROL ENGINEERING China版权所有，具有体积小、重量轻、精度高、分辨率高、响应快、滞后小、出力较大和稳定性好等优点。压电陶瓷微位移器是通过外加电场的作用产生微位移的。

　　由于结构制造不同和工作机理的复杂性，外加电压与位移器的应变之间并不是严格的线性关系，存在着迟滞、蠕变、非线性等不良特性。本文研制的作动器使用的是四川压电与声光技术研究所生产的WTDS—ID型微位移器，其最大位移不小于40μm，载荷重不小于500N。

　　三、基于压电陶瓷的空气作动器特性分析

　　以包含空气轴承垫的作动块为研究对象，可以看出：①作动器的固有频率与压电陶瓷刚度、弹性铰链架的弹性筋刚度和空气轴承气膜刚度具有直接关系；②忽略压电陶瓷的阻尼，作动器的阻尼主要受空气轴承气膜影响。

　　四、基于空气作动器的单自由度混合隔振系统

　　隔振传递函数不仅受被动隔振系统特性和主动反馈系数的影响，而且也受作动器特性影响。一般情况，m＜＜M，则作动器作动块质量m的影响可以忽略。

　　五、空气作动器的应用实例

　　在超精密机床气浮溜板的振动控制中，不仅要求达到较高的减振精度，而且要实现在溜板的纵向运动中控制横向振动，因而常规的作动器并不适用。采用了该空气作动器，成功地实现了溜板的振动控制。

　　六、结论

　　基于压电陶瓷的空气作动器，采用整体式铰链架结构，作动器频响达300HZ以上；利用气膜传递控制力，实现了非接触CONTROL ENGINEERING China版权所有，且在一定程度上消除了摩擦及零件制造误差的影响；在弹性铰链的作用下，施加合适的预压紧力大幅度地减小了迟滞位移。通过对作动器的特性分析和对基于该作动器的单自由度混合隔振系统研究以及应用实例，表明了基于压电陶瓷的空气作动器的可行性和有效性。