本文關(guān)鍵詞：壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)的微動(dòng)工作臺(tái)建模與控制研究

  更多相關(guān)文章： 微定位 壓電微動(dòng)工作臺(tái) 特性測試 動(dòng)態(tài)遲滯建模 復(fù)合控制

【摘要】：微動(dòng)工作臺(tái)是超精密加工、精密驅(qū)動(dòng)、精密測量等前沿學(xué)科研究中應(yīng)必備的關(guān)鍵儀器設(shè)備。壓電陶瓷由于具有壓電效應(yīng),可以產(chǎn)生納米級別的伸縮變形,目前廣泛作為微動(dòng)工作臺(tái)的驅(qū)動(dòng)器。然而壓電式的微動(dòng)工作臺(tái)固有的遲滯特性、蠕變特性和動(dòng)態(tài)特性嚴(yán)重影響了微動(dòng)工作臺(tái)的定位精度。本文主要以壓電陶瓷作為驅(qū)動(dòng)器,以柔性鉸鏈作為支撐導(dǎo)軌的一體式的壓電微動(dòng)工作臺(tái)作為研究對象,設(shè)計(jì)了壓電微動(dòng)工作臺(tái)的上位機(jī)數(shù)據(jù)采集程序和控制軟件,然后針對壓電微動(dòng)工作臺(tái)的遲滯特性和動(dòng)態(tài)特性進(jìn)行建模和控制研究。具體的研究內(nèi)容有以下幾個(gè)方面：1.針對XP-611型壓電微動(dòng)工作臺(tái),搭建了壓電微動(dòng)工作臺(tái)的的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)。實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)由以下幾個(gè)工作模塊組成：位移傳感模塊、驅(qū)動(dòng)電源模塊、壓電微動(dòng)工作臺(tái)、計(jì)算機(jī)機(jī)控制系統(tǒng)。2.在搭建的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)基礎(chǔ)上,在Labview開發(fā)環(huán)境下編寫了數(shù)據(jù)采集程序,對壓電微動(dòng)工作臺(tái)的遲滯特性、動(dòng)態(tài)特性和蠕變特性進(jìn)行了測試分析。分析結(jié)果表明,壓電微動(dòng)工作臺(tái)的蠕變特性對定位精度影響較小,在對定位精度要求不是極高的情況下蠕變特性可以忽略不予考慮。而遲滯特性和動(dòng)態(tài)特性對于壓電微動(dòng)工作臺(tái)的定位精度影響較大。當(dāng)壓電微動(dòng)工作臺(tái)工作在小范圍慢速定位條件下遲滯特性和動(dòng)態(tài)特性都體現(xiàn)的不明顯,當(dāng)工作在慢速定位條件下主要體現(xiàn)遲滯特性,動(dòng)態(tài)特性表現(xiàn)不明顯。而在大范圍快速定位條件下,這時(shí)候動(dòng)態(tài)特性和遲滯特性表現(xiàn)的較為嚴(yán)重,對定位精度影響極大。3.綜合考慮微動(dòng)工作臺(tái)的動(dòng)態(tài)特性和遲滯特性,建立了微動(dòng)工作臺(tái)的數(shù)學(xué)模型。其中遲滯特性建模采用PI模型,閾值采用非等分閾值法確定,權(quán)重系數(shù)首先在離線條件下擬合初載曲線進(jìn)行辨識(shí),然后在工作臺(tái)工作條件下進(jìn)行在線修正。動(dòng)態(tài)特性建模采用二階系統(tǒng),其傳遞函數(shù)模型中的各參數(shù)通過頻率分析法進(jìn)行確定。通過精密微動(dòng)實(shí)驗(yàn)平臺(tái),進(jìn)行了二階系統(tǒng)模型參數(shù)識(shí)別和PI遲滯模型參數(shù)識(shí)別。4.將具有快速響應(yīng)特性的CMAC神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)引入到壓電微動(dòng)工作臺(tái)的控制中來,綜合考慮CMAC神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制和傳統(tǒng)的PID控制,將二者相互結(jié)合,設(shè)計(jì)了壓電微動(dòng)工作臺(tái)的CMAC-PID復(fù)合控制器。利用Matlab對PID控制和CMAC-PID復(fù)合控制分別進(jìn)行了仿真。在Labview的開發(fā)環(huán)境下編寫了壓電微動(dòng)工作臺(tái)的上位機(jī)控制程序,分別對兩種控制進(jìn)行了跟蹤實(shí)驗(yàn)對比。通過對仿真和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析,得出CMAC-PID復(fù)合控制對于壓電微動(dòng)工作臺(tái)的控制是有效的。
【關(guān)鍵詞】：微定位 壓電微動(dòng)工作臺(tái) 特性測試 動(dòng)態(tài)遲滯建模 復(fù)合控制
【學(xué)位授予單位】：昆明理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TH703.8
【目錄】：

• 摘要5-7
• Abstract7-11
• 第一章 緒論11-25
• 1.1 論文的研究背景與意義11-12
• 1.2 壓電微動(dòng)工作臺(tái)的建模與控制研究現(xiàn)狀12-21
• 1.2.1 壓電微動(dòng)工作臺(tái)的數(shù)學(xué)模型研究現(xiàn)狀12-18
• 1.2.2 壓電微動(dòng)工作臺(tái)控制技術(shù)研究現(xiàn)狀18-21
• 1.3 論文的研究目的和內(nèi)容21-25
• 第二章 壓電微動(dòng)工作臺(tái)系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)及相關(guān)特性分析25-45
• 2.1 壓電微定位系統(tǒng)組成25-26
• 2.2 壓電微動(dòng)工作臺(tái)26-33
• 2.2.1 壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器27-31
• 2.2.2 柔性鉸鏈支撐導(dǎo)向機(jī)構(gòu)31-33
• 2.3 壓電控制器33-35
• 2.4 壓電微動(dòng)工作臺(tái)相關(guān)特性測試35-44
• 2.4.1 實(shí)驗(yàn)平臺(tái)35
• 2.4.2 上位機(jī)數(shù)據(jù)采集程序35-36
• 2.4.3 重復(fù)性試驗(yàn)36-37
• 2.4.4 壓電微動(dòng)工作臺(tái)蠕變特性測試37-39
• 2.4.5 壓電微動(dòng)工作臺(tái)的輸入電壓實(shí)驗(yàn)39-44
• 2.5 本章小結(jié)44-45
• 第三章 基于動(dòng)態(tài)遲滯特性的壓電微動(dòng)工作臺(tái)復(fù)合模型45-61
• 3.1 壓電微動(dòng)工作臺(tái)的內(nèi)部工作機(jī)制45-47
• 3.2 壓電微動(dòng)工作臺(tái)的數(shù)學(xué)模型47-51
• 3.2.1 壓電微動(dòng)工作臺(tái)的遲滯模型47-49
• 3.2.2 壓電微動(dòng)工作臺(tái)的線性比例動(dòng)態(tài)模型49-50
• 3.2.3 壓電微動(dòng)工作臺(tái)的動(dòng)態(tài)遲滯復(fù)合模型50-51
• 3.3 壓電微動(dòng)工作臺(tái)動(dòng)態(tài)遲滯復(fù)合模型建模過程51-60
• 3.3.1 二階系統(tǒng)參數(shù)的辨識(shí)51-53
• 3.3.2 遲滯非線性H~+[*]的辨識(shí)53-57
• 3.3.3 基于實(shí)驗(yàn)的參數(shù)辯識(shí)57-60
• 3.4 本章小結(jié)60-61
• 第四章 壓電微動(dòng)工作臺(tái)的CMAC-PID復(fù)合控制方案61-83
• 4.1 CMAC網(wǎng)絡(luò)61-68
• 4.1.1 CMAC網(wǎng)絡(luò)簡介61
• 4.1.2 CMAC網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)61-63
• 4.1.3 CMAC網(wǎng)絡(luò)的工作原理63-68
• 4.1.4 CMAC網(wǎng)絡(luò)的學(xué)習(xí)算法68
• 4.2 CMAC-PID控制方案的設(shè)計(jì)68-70
• 4.3 壓電微動(dòng)工作臺(tái)的CMAC-PID復(fù)合控制仿真與結(jié)果分析70-76
• 4.3.1 PID參數(shù)整定70-74
• 4.3.2 壓電微動(dòng)工作臺(tái)單點(diǎn)控制仿真分析74-76
• 4.4 壓電微動(dòng)工作臺(tái)控制實(shí)驗(yàn)與結(jié)果分析76-82
• 4.4.1 微動(dòng)工作臺(tái)上位機(jī)控制程序76-79
• 4.4.2 控制實(shí)驗(yàn)與結(jié)果分析79-82
• 4.5 本章小結(jié)82-83
• 第五章 總結(jié)與展望83-85
• 5.1 總結(jié)83-84
• 5.2 展望84-85
• 致謝85-87
• 參考文獻(xiàn)87-93
• 附錄：在學(xué)期間的研究成果93

【相似文獻(xiàn)】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 裴先強(qiáng),王齊華,王海軍;微動(dòng)圖和能量的方法在微動(dòng)研究中的應(yīng)用[J];潤滑與密封;2004年04期

2 沈明學(xué);謝興源;蔡振兵;莫繼良;朱e，

本文編號(hào)：1010416