本文關(guān)鍵詞：壓電陶瓷驅(qū)動的微動工作臺建模與控制研究

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

【摘要】：微動工作臺是超精密加工、精密驅(qū)動、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,目前廣泛作為微動工作臺的驅(qū)動器。然而壓電式的微動工作臺固有的遲滯特性、蠕變特性和動態(tài)特性嚴重影響了微動工作臺的定位精度。本文主要以壓電陶瓷作為驅(qū)動器,以柔性鉸鏈作為支撐導(dǎo)軌的一體式的壓電微動工作臺作為研究對象,設(shè)計了壓電微動工作臺的上位機數(shù)據(jù)采集程序和控制軟件,然后針對壓電微動工作臺的遲滯特性和動態(tài)特性進行建模和控制研究。具體的研究內(nèi)容有以下幾個方面：1.針對XP-611型壓電微動工作臺,搭建了壓電微動工作臺的的實驗系統(tǒng)。實驗系統(tǒng)由以下幾個工作模塊組成：位移傳感模塊、驅(qū)動電源模塊、壓電微動工作臺、計算機機控制系統(tǒng)。2.在搭建的實驗系統(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,對壓電微動工作臺的遲滯特性、動態(tài)特性和蠕變特性進行了測試分析。分析結(jié)果表明,壓電微動工作臺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。而遲滯特性和動態(tài)特性對于壓電微動工作臺的定位精度影響較大。當(dāng)壓電微動工作臺工作在小范圍慢速定位條件下遲滯特性和動態(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,動態(tài)特性表現(xiàn)不明顯。而在大范圍快速定位條件下,這時候動態(tài)特性和遲滯特性表現(xiàn)的較為嚴重,對定位精度影響極大。3.綜合考慮微動工作臺的動態(tài)特性和遲滯特性,建立了微動工作臺的數(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行辨識,然后在工作臺工作條件下進行在線修正。動態(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)通過頻率分析法進行確定。通過精密微動實驗平臺,進行了二階系統(tǒng)模型參數(shù)識別和PI遲滯模型參數(shù)識別。4.將具有快速響應(yīng)特性的CMAC神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)引入到壓電微動工作臺的控制中來,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)計了壓電微動工作臺的CMAC-PID復(fù)合控制器。利用Matlab對PID控制和CMAC-PID復(fù)合控制分別進行了仿真。在Labview的開發(fā)環(huán)境下編寫了壓電微動工作臺的上位機控制程序,分別對兩種控制進行了跟蹤實驗對比。通過對仿真和實驗數(shù)據(jù)的分析,得出CMAC-PID復(fù)合控制對于壓電微動工作臺的控制是有效的。
【關(guān)鍵詞】：微定位 壓電微動工作臺 特性測試 動態(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】：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 壓電微動工作臺的建模與控制研究現(xiàn)狀12-21
• 1.2.1 壓電微動工作臺的數(shù)學(xué)模型研究現(xiàn)狀12-18
• 1.2.2 壓電微動工作臺控制技術(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 壓電微動工作臺系統(tǒng)實驗平臺及相關(guān)特性分析25-45
• 2.1 壓電微定位系統(tǒng)組成25-26
• 2.2 壓電微動工作臺26-33
• 2.2.1 壓電陶瓷驅(qū)動器27-31
• 2.2.2 柔性鉸鏈支撐導(dǎo)向機構(gòu)31-33
• 2.3 壓電控制器33-35
• 2.4 壓電微動工作臺相關(guān)特性測試35-44
• 2.4.1 實驗平臺35
• 2.4.2 上位機數(shù)據(jù)采集程序35-36
• 2.4.3 重復(fù)性試驗36-37
• 2.4.4 壓電微動工作臺蠕變特性測試37-39
• 2.4.5 壓電微動工作臺的輸入電壓實驗39-44
• 2.5 本章小結(jié)44-45
• 第三章 基于動態(tài)遲滯特性的壓電微動工作臺復(fù)合模型45-61
• 3.1 壓電微動工作臺的內(nèi)部工作機制45-47
• 3.2 壓電微動工作臺的數(shù)學(xué)模型47-51
• 3.2.1 壓電微動工作臺的遲滯模型47-49
• 3.2.2 壓電微動工作臺的線性比例動態(tài)模型49-50
• 3.2.3 壓電微動工作臺的動態(tài)遲滯復(fù)合模型50-51
• 3.3 壓電微動工作臺動態(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51-53
• 3.3.2 遲滯非線性H~+[*]的辨識53-57
• 3.3.3 基于實驗的參數(shù)辯識57-60
• 3.4 本章小結(jié)60-61
• 第四章 壓電微動工作臺的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68-70
• 4.3 壓電微動工作臺的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 壓電微動工作臺單點控制仿真分析74-76
• 4.4 壓電微動工作臺控制實驗與結(jié)果分析76-82
• 4.4.1 微動工作臺上位機控制程序76-79
• 4.4.2 控制實驗與結(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87-93
• 附錄：在學(xué)期間的研究成果93

【相似文獻】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 裴先強,王齊華,王海軍;微動圖和能量的方法在微動研究中的應(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：1010416