本文關(guān)鍵詞：基于壓電陶瓷的精密定位系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

  更多相關(guān)文章： 壓電陶瓷 PSD反饋 PID控制 蠕變補(bǔ)償 精密工作臺(tái)

【摘要】：隨著科技的進(jìn)步,微定位技術(shù)逐漸被應(yīng)用到生產(chǎn)和生活的各個(gè)方面,精密定位系統(tǒng)的研究也變得更加深入與全面。壓電陶瓷作為精密定位器件以其優(yōu)良的特性逐漸受到人們的關(guān)注,它運(yùn)用壓電元件電致伸縮效應(yīng)和壓電效應(yīng)可實(shí)現(xiàn)納米級(jí)的精確定位精度,在微觀檢測(cè)、精密機(jī)床加工等精密定位領(lǐng)域有著至關(guān)重要的地位。本文從整套系統(tǒng)的控制方面出發(fā),對(duì)系統(tǒng)中每一個(gè)模塊進(jìn)行了數(shù)學(xué)建模與理論分析,并根據(jù)理論分析設(shè)計(jì)了一套硬件系統(tǒng)用于實(shí)際的測(cè)量。本文的研究結(jié)果具有一定的科學(xué)應(yīng)用價(jià)值,能夠確保整套研究方案易于移植到其他系統(tǒng)并且適用于大部分控制場(chǎng)所。論文首先介紹了研究壓電陶瓷精密定位系統(tǒng)的意義,查看了國(guó)內(nèi)外基于壓電陶瓷精密定位系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀。深入探討了壓電陶瓷的遲滯和蠕變特性,闡述了其伸縮位移原理,然后對(duì)其搭建的壓電陶瓷精密定位系統(tǒng)做數(shù)學(xué)建模和分析,提出了以閉環(huán)PID系統(tǒng)作為控制算法提高壓電陶瓷微位移系統(tǒng)的定位精度,并針對(duì)壓電陶瓷蠕變特性建立了前饋蠕變模型。本文同時(shí)從實(shí)際應(yīng)用角度出發(fā),以閉環(huán)PID控制算法為基礎(chǔ),設(shè)計(jì)了一套壓電陶瓷控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)主要包括可控的壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器的電源設(shè)計(jì)、微位移檢測(cè)電路PSD的安裝和設(shè)計(jì)、微位移平臺(tái)的設(shè)計(jì)、控制系統(tǒng)和通信系統(tǒng)的軟件實(shí)現(xiàn)。最后,本文通過系統(tǒng)的軟硬件的設(shè)計(jì),搭建了一套壓電陶瓷精密定位系統(tǒng),并對(duì)各個(gè)模塊和整體定位效果做了大量的實(shí)驗(yàn),分析了對(duì)應(yīng)的誤差,驗(yàn)證了理論和設(shè)計(jì)的可靠性。
【關(guān)鍵詞】：壓電陶瓷 PSD反饋 PID控制 蠕變補(bǔ)償 精密工作臺(tái)
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TP273;TM282
【目錄】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第1章 緒論10-16
• 1.1 課題研究背景及意義10
• 1.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀10-15
• 1.2.1 精密工作臺(tái)的研究現(xiàn)狀11-12
• 1.2.2 壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)電源的研究現(xiàn)狀12-14
• 1.2.3 定位系統(tǒng)算法研究現(xiàn)狀14-15
• 1.3 本文的主要研究?jī)?nèi)容15-16
• 第2章 壓電陶瓷精密定位系統(tǒng)整體方案的研究16-35
• 2.1 壓電陶瓷微位移特性研究16-23
• 2.1.1 壓電效應(yīng)與電致伸縮效應(yīng)16-18
• 2.1.2 壓電陶瓷非線性特性及其產(chǎn)生原理18-23
• 2.2 精密定位系統(tǒng)PID算法的研究23-26
• 2.2.1 PID控制思想23-24
• 2.2.2 PID控制系統(tǒng)整體方案24-26
• 2.3 壓電陶瓷精密定位系統(tǒng)控制方法的研究26-34
• 2.3.1 壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器數(shù)學(xué)模型的建立26-30
• 2.3.2 精密工作臺(tái)數(shù)學(xué)模型建立30-32
• 2.3.3 壓電陶瓷精密定位系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型32-33
• 2.3.4 系統(tǒng)參數(shù)確定及閉環(huán)算法仿真分析33-34
• 2.4 本章小結(jié)34-35
• 第3章 壓電陶瓷精密定位系統(tǒng)的硬件模塊設(shè)計(jì)35-46
• 3.1 控制系統(tǒng)MCU的選取35-36
• 3.2 壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)電源的設(shè)計(jì)36-40
• 3.2.1 D/A轉(zhuǎn)化電路的設(shè)計(jì)37-38
• 3.2.2 功率放大電路與電壓跟隨電路設(shè)計(jì)38-39
• 3.2.3 電壓跟隨控制39-40
• 3.2.4 快速放電電路設(shè)計(jì)40
• 3.3 PSD檢測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)40-45
• 3.3.1 PSD光電位置傳感器41-42
• 3.3.2 I-V轉(zhuǎn)化電路42-43
• 3.3.3 數(shù)學(xué)運(yùn)算電路設(shè)計(jì)43-45
• 3.4 本章小結(jié)45-46
• 第4章 壓電陶瓷精密定位系統(tǒng)的軟件開發(fā)46-53
• 4.1 基于STM32F103控制軟件總體設(shè)計(jì)46-48
• 4.1.1 控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)46-47
• 4.1.2 PID控制算法軟件實(shí)現(xiàn)47-48
• 4.2 基于Modbus通信軟件的設(shè)計(jì)48-51
• 4.2.1 Modbus通信48-49
• 4.2.2 Modbus通信協(xié)議工作原理49-50
• 4.2.3 Modbus通信軟件的實(shí)現(xiàn)50-51
• 4.3 本章小結(jié)51-53
• 第5章 控制系統(tǒng)測(cè)試及實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析53-61
• 5.1 實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)53-54
• 5.2 實(shí)驗(yàn)及結(jié)果分析54-60
• 5.2.1 壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)電源誤差分析實(shí)驗(yàn)55-56
• 5.2.2 PSD測(cè)量微位移校準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)56-58
• 5.2.3 壓電陶瓷精密定位系統(tǒng)測(cè)試實(shí)驗(yàn)58-60
• 5.3 數(shù)據(jù)分析60
• 5.4 本章小結(jié)60-61
• 結(jié)論61-62
• 參考文獻(xiàn)62-65
• 攻讀學(xué)位期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文65-66
• 致謝66

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：604941