隨著掃描探針顯微鏡、微電子加工、微納操作等領(lǐng)域的不斷發(fā)展,科學(xué)研究與工業(yè)生產(chǎn)對于大行程以及超高精度運動平臺的需求越來越高。二自由度宏微復(fù)合定位系統(tǒng)兼顧宏動系統(tǒng)大行程和微動系統(tǒng)超高精度的優(yōu)點,可以有效解決超高精度和大行程技術(shù)上的矛盾。搭建大行程高精度定位系統(tǒng)的重點與難點在于宏動和微動兩個子系統(tǒng)的控制要求差異較大,需要合適的復(fù)合控制方法協(xié)調(diào)兩個部分的運動。同時由于驅(qū)動器出力而產(chǎn)生的反作用力會使宏動部分和微動部分相互影響出現(xiàn)耦合問題,進而對復(fù)合平臺整體的性能和精度產(chǎn)生影響。本文利用壓電陶瓷精度高響應(yīng)速度快、直線電機行程大移動速度快的特點,設(shè)計并搭建了一套二自由度宏微復(fù)合定位系統(tǒng),并針對宏微復(fù)合系統(tǒng)中的控制策略與耦合問題開展控制仿真研究。首先設(shè)計并搭建了一臺兩自由度宏動平臺,采用垂直串聯(lián)結(jié)構(gòu),結(jié)構(gòu)簡單易于維護,驅(qū)動器選用無鐵芯永磁同步直線電機,配合非線性控制器定位精度可以達到微米級,并具有較高的運動速度。運用二維編碼器對宏動平臺的控制系統(tǒng)進行改進,減小了宏動平臺的垂直度誤差,提高了軌跡跟蹤精度。微動平臺采用本實驗室設(shè)計的并聯(lián)微動平臺,此微動平臺的驅(qū)動器是壓電陶瓷,可以達到納米級的精度,但也有遲...

【文章頁數(shù)】：89 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【文章目錄】：
摘要
Abstract
第一章 緒論
    1.1 引言
    1.2 宏微復(fù)合精密定位平臺研究現(xiàn)狀
        1.2.1 宏微復(fù)合定位平臺的特點與結(jié)構(gòu)
        1.2.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀
    1.3 宏微復(fù)合定位平臺關(guān)鍵技術(shù)
    1.4 本文主要研究內(nèi)容及組織結(jié)構(gòu)
第二章 宏微復(fù)合定位平臺設(shè)計及搭建
    2.1 引言
    2.2 宏動平臺的設(shè)計
        2.2.1 直線電機選型
        2.2.2 反饋傳感器選型
        2.2.3 導(dǎo)軌選型
    2.3 宏動平臺力學(xué)模態(tài)分析
        2.3.1 交叉滾子導(dǎo)軌模態(tài)分析
        2.3.2 宏動平臺有限元模態(tài)仿真
    2.4 宏動平臺結(jié)構(gòu)優(yōu)化
    2.5 微動平臺介紹
        2.5.1 微動平臺剛度模型分析
        2.5.2 微動平臺有限元仿真結(jié)果
    2.6 宏微復(fù)合實驗平臺
        2.6.1 實驗系統(tǒng)組成
        2.6.2 上位機軟件介紹
    2.7 本章小結(jié)
第三章 宏微運動平臺的動力學(xué)建模與控制
    3.1 引言
        3.1.1 直線電機的運動模型
        3.1.2 直線電機伺服控制結(jié)構(gòu)
    3.2 宏動平臺控制策略與方法
        3.2.1 半閉環(huán)控制
        3.2.2 雙閉環(huán)控制
    3.3 微動系統(tǒng)的模型及控制方法
        3.3.1 微動平臺力學(xué)模型
        3.3.2 微動臺控制仿真
        3.3.3 基于單神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的PID控制方法
    3.4 本章小結(jié)
第四章 宏微控制策略的仿真研究
    4.1 引言
    4.2 雙級控制結(jié)構(gòu)
        4.2.1 經(jīng)典的的雙級控制結(jié)構(gòu)
        4.2.2 改進的主從控制結(jié)構(gòu)
    4.3 宏微復(fù)合控制模型
    4.4 宏微控制策略研究
        4.4.1 改進的雙反饋控制方法
        4.4.2 解耦主從結(jié)構(gòu)的宏動跟隨微動控制方法
        4.4.3 解耦主從結(jié)構(gòu)的微動跟隨宏動控制方法
        4.4.4 基于雙反饋結(jié)構(gòu)的宏動跟隨微動控制方法
    4.5 控制策略對比
    4.6 小結(jié)
第五章 宏微耦合問題及其解耦研究
    5.1 引言
    5.2 多輸入多輸出理論的耦合理論
        5.2.1 多輸入多輸出系統(tǒng)的解耦設(shè)計
        5.2.2 多輸入多輸出系統(tǒng)的智能解耦算法
    5.3 耦合問題對宏微復(fù)合系統(tǒng)的影響
        5.3.1 耦合對于雙反饋控制方法的影響
    5.4 自抗擾解耦控制方法
        5.4.1 利用擴張狀態(tài)觀測器(ESO)進行擾動估計補償
        5.4.2 自抗擾控制的解耦方法
    5.5 小結(jié)
總結(jié)與展望
    總結(jié)
    展望
參考文獻
攻讀碩士學(xué)位期間取得的研究成果
致謝
附件



本文編號：3779417