發(fā)布時間：2018-11-17 12:23

【摘要】：作為精密工程和精密儀器關(guān)鍵技術(shù)之一的高精度微位移技術(shù)在大規(guī)模集成電路的制造與檢測、生物芯片技術(shù)、納米技術(shù)、光學(xué)組件定位、光纖對接、微電子產(chǎn)品制造、精密和超精密加工、精密操作、精密測量、生物醫(yī)學(xué)工程、材料表面原子結(jié)構(gòu)分析等許多尖端領(lǐng)域的應(yīng)用越來越廣泛。微位移定位技術(shù)的發(fā)展與國家在國防軍工和國民經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域的進(jìn)步息息相關(guān),它的各項技術(shù)指標(biāo)是各國高科技發(fā)展水平的重要標(biāo)志。隨著微電子技術(shù)、通訊技術(shù)和超精密加工等技術(shù)的高速發(fā)展,對精密定位技術(shù)的要求越來越高,有些應(yīng)用領(lǐng)域要求系統(tǒng)具有納米級的分辨率,亞微米甚至納米級的重復(fù)定位精度。因此,微位移工作平臺被要求具有大行程、高精度、小體積和快速響應(yīng)等技術(shù)要求。論文首先,對課題研究的重要性和意義進(jìn)行闡述,并對微位移平臺的構(gòu)成、國內(nèi)外的研究現(xiàn)狀,以及論文的研究內(nèi)容進(jìn)行介紹。其次,介紹了壓電材料的壓電效應(yīng)與壓電方程、壓電陶瓷的參數(shù)特性和壓電疊堆的工作原理和基本特性。對有限元分析方法進(jìn)行了闡述,并在此基礎(chǔ)上,利用有限元分析軟件ANSYS對壓電疊堆進(jìn)行建模,對其位移輸出特進(jìn)行了分析。結(jié)果表明,在一定條件下,壓電疊堆的輸出位移與所施加的電壓呈良好的線性關(guān)系,且一定長度的壓電疊堆,壓電陶瓷片越薄,輸出位移越大。第三,針對壓電疊堆位移輸出量小的特點(diǎn),提出了位移放大機(jī)構(gòu)方案,設(shè)計了基于正交三角放大原理的壓電疊堆鈸型位移放大致動器。介紹了放大機(jī)構(gòu)的工作原理。運(yùn)用靜力學(xué)分析方法和能量法,對位移放大機(jī)構(gòu)的工作特性進(jìn)行計算分析；運(yùn)用ANSYS有限元軟件,對位移放大機(jī)構(gòu)從靜態(tài)和動態(tài)兩個方面進(jìn)行計算分析。對位移放大致動器的靜態(tài)和動態(tài)特性進(jìn)行測試分析。理論分析和實際測試都證明基于正交三角放大原理設(shè)計并制造的壓電疊堆位移放大致動器不僅能提供較大的輸出位移和輸出力矩,而且具有優(yōu)秀的靜態(tài)和動態(tài)特性,完全能用作微位移平臺的驅(qū)動器。第四,利用壓電疊堆和三角放大原理設(shè)計并制造了一個高精度、大力矩、響應(yīng)快速的微位移平臺。利用有限元分析了這一平臺的位移和應(yīng)力變化情況,以及平臺的振動模態(tài)和動態(tài)特性。同時,運(yùn)用激光測試的方式,對這個平臺的特性進(jìn)行測試。通過靜態(tài)特性測試和動態(tài)特性測試,可以看出這個微位移平臺能穩(wěn)定快速地輸出較大位移。針對在特性測試中,壓電材料的滯后和蠕動特性提出有效的控制方式,實現(xiàn)快速準(zhǔn)確的定位。運(yùn)用LabVIEW對基于壓電疊堆微位移平臺的驅(qū)動系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計開發(fā)。分別對開環(huán)控制、增量型PID的閉環(huán)控制和基于MatLab實現(xiàn)的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)PID閉環(huán)控制三種定位控制策略進(jìn)行了設(shè)計和分析。最后,實驗結(jié)果表明,相比開環(huán)控制,PID的閉環(huán)控制在不影響微位移平臺響應(yīng)速度的基礎(chǔ)上,克服了壓電材料的滯后和蠕變影響,因此定位的精度和準(zhǔn)確性都能得到很好的保證。而基于BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)PID參數(shù)自整定可以避免人工參數(shù)整定的繁瑣和不及時,進(jìn)一步提高了這一微位移平臺驅(qū)動系統(tǒng)的實用性和定位的準(zhǔn)確快速性,值得進(jìn)一步在實際中進(jìn)行開發(fā)應(yīng)用。論文從微位移平臺的構(gòu)成出發(fā),從壓電疊堆,到基于三角放大原理的鈸型位移致動器,再到微位移平臺,從理論分析、樣機(jī)制作和實驗測試等多反面多角度對微位移平臺進(jìn)行闡述。同時,考慮到壓電材料的磁滯和蠕變等特性,針對微位移平臺研制了帶閉環(huán)的驅(qū)動控制系統(tǒng)。最終研制出一種具有高精度、大行程、大力矩、響應(yīng)快速的微位移平臺。外形尺寸115mm×115mm×20mm,最大位移量140 μ m×140 μ m:重復(fù)精度±0.02μm,最大負(fù)荷250N。
[Abstract]:......
【學(xué)位授予單位】：東南大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TH703

【相似文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 榮烈潤;微位移機(jī)構(gòu)綜述[J];機(jī)電一體化;2005年02期

2 王文偉,包文清,胡翹,鄔曉華,黃文浩;沖擊式微位移機(jī)構(gòu)的性能測試與分析[J];電子顯微學(xué)報;1999年01期

3 張慶,王華坤,張世琪;二維微動工作臺微位移機(jī)構(gòu)特性研究[J];制造技術(shù)與機(jī)床;2003年11期

4 陳學(xué)峰;李懋強(qiáng);;一種簡易的多自由度微位移器[J];壓電與聲光;2006年05期

5 劉登云;楊志剛;程光明;曾平;;微位移機(jī)構(gòu)的現(xiàn)狀及趨勢[J];機(jī)械設(shè)計與制造;2007年01期

6 張建瓴;陳萬銀;可欣榮;魏德仙;洪添勝;;一種微位移放大機(jī)構(gòu)的設(shè)計與仿真[J];機(jī)械設(shè)計;2009年12期

7 聶海旭;張斌;;基于壓電雙晶片驅(qū)動微位移放大機(jī)構(gòu)設(shè)計[J];熱處理技術(shù)與裝備;2012年04期

8 沈健;任興亮;張海巖;;二維解耦微位移工作臺的設(shè)計和有限元分析[J];機(jī)械工程師;2013年04期

9 溫任林,顏景平,邱曉寒;微位移器振動特性的研究[J];應(yīng)用科學(xué)學(xué)報;1998年02期

10 于水,李慶祥,白立芬;微位移工作臺靜、動態(tài)特性實驗系統(tǒng)[J];實驗技術(shù)與管理;2001年04期

相關(guān)會議論文 前9條

1 肖成榕;張建寰;;微位移機(jī)構(gòu)及其控制技術(shù)研究現(xiàn)狀和發(fā)展[A];福建省科協(xié)第五屆學(xué)術(shù)年會數(shù)字化制造及其它先進(jìn)制造技術(shù)專題學(xué)術(shù)年會論文集[C];2005年

2 王鳴;聶守平;李明;李達(dá)成;;自混合干涉微位移傳感器[A];中國儀器儀表學(xué)會學(xué)術(shù)論文集[C];2004年

3 王文偉;包文清;胡翹;鄔曉華;黃文浩;;沖擊式微位移機(jī)構(gòu)的性能測試與分析[A];第五屆全國STM學(xué)術(shù)會議論文集[C];1998年

4 孫寶玉;付立成;;基于壓電陶瓷的微位移機(jī)構(gòu)動態(tài)特性研究[A];科技創(chuàng)新與節(jié)能減排——吉林省第五屆科學(xué)技術(shù)學(xué)術(shù)年會論文集（上冊）[C];2008年

5 楊寧;王恒坤;;一種光電式微位移測量裝置[A];第九屆全國信息獲取與處理學(xué)術(shù)會議論文集Ⅱ[C];2011年

6 馮慶玉;彭首軍;龔勝平;;高幀速采樣外差干涉微位移測量[A];2010年西部光子學(xué)學(xué)術(shù)會議摘要集[C];2010年

7 齊峰;雷沅忠;王秋良;余運(yùn)佳;;低溫環(huán)境下超導(dǎo)體微位移測量的研究[A];電工理論與新技術(shù)學(xué)術(shù)年會論文集[C];2005年

8 王海濤;羅秋鳳;周必方;E.J.Richter;;光纖微位移傳感器及其牙齒咀嚼運(yùn)動的測量研究[A];中國儀器儀表學(xué)會第三屆青年學(xué)術(shù)會議論文集（下）[C];2001年

9 王世長;林輝;;微位移器用壓電陶瓷研究[A];94'全國結(jié)構(gòu)陶瓷、功能陶瓷、金屬/陶瓷封接學(xué)術(shù)會議論文集[C];1994年

相關(guān)博士學(xué)位論文 前5條

1 崔建軍;基于Fabry-Perot干涉與原子晶格間距的微位移計量及溯源研究[D];天津大學(xué);2014年

2 靳宏;基于壓電疊堆的大力矩微位移平臺研究[D];東南大學(xué);2016年

3 魏強(qiáng);納米定位微位移工作臺的控制技術(shù)研究[D];山東大學(xué);2006年

4 紀(jì)華偉;壓電陶瓷驅(qū)動的微位移工作臺建模與控制技術(shù)研究[D];浙江大學(xué);2006年

5 宋殿友;精密PSD微位移在線測量技術(shù)的研究與應(yīng)用[D];天津大學(xué);2012年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前10條

1 王群;拼合鏡面望遠(yuǎn)鏡的低溫微位移促動器研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2015年

2 劉濤;白光干涉儀微位移平臺研究[D];長春理工大學(xué);2014年

3 任歡;不同結(jié)構(gòu)光纖環(huán)微位移傳感器對比研究[D];長春理工大學(xué);2014年

4 張玲玲;精密微位移調(diào)整系統(tǒng)的設(shè)計與研究[D];長春理工大學(xué);2009年

5 劉振波;微位移技術(shù)研究[D];長春理工大學(xué);2007年

6 任興亮;新型微位移機(jī)構(gòu)的設(shè)計和分析計算[D];合肥工業(yè)大學(xué);2013年

7 朱仁勝;多自由度微位移工作臺仿真的研究[D];合肥工業(yè)大學(xué);2004年

8 黃金永;空間用精密微位移平臺的研究[D];浙江大學(xué);2004年

9 曾彬;摩擦驅(qū)動微位移試驗平臺的設(shè)計和研究[D];東華大學(xué);2007年

10 張斌;壓電雙晶片型微位移放大機(jī)構(gòu)研究[D];河南理工大學(xué);2010年

，

本文編號：2337772