科技的高速發(fā)展拓寬了人類的研究領(lǐng)域,從傳統(tǒng)的宏觀對(duì)象研究逐步轉(zhuǎn)變?yōu)槲⒂^世界的探索已經(jīng)成為主流。在眾多超精密制造、測(cè)量以及加工等高精度的操作中,均需要驅(qū)動(dòng)設(shè)備提供微納米級(jí)別的步進(jìn)位移,同時(shí)也需要保障系統(tǒng)具有較高的動(dòng)態(tài)性能。壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)平臺(tái)憑借其體積小、驅(qū)動(dòng)力大以及超高的位移分辨率成為探索微觀領(lǐng)域中的一個(gè)理想的驅(qū)動(dòng)設(shè)備,但是由于其本身固有的遲滯等非線性因素降低對(duì)樣品進(jìn)行掃描成像時(shí)的定位精度,同時(shí)還影響了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。為了對(duì)壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)平臺(tái)的遲滯非線性進(jìn)行補(bǔ)償,并使平臺(tái)具備良好的動(dòng)態(tài)性能,本文首先分別建立平臺(tái)的Prandtl-Ishlinshii（P-I）遲滯數(shù)學(xué)模型、線性動(dòng)態(tài)模型以及兩者相結(jié)合的串接模型,并進(jìn)行了相關(guān)驗(yàn)證來證明模型建立的有效性。然后,以P-I遲滯數(shù)學(xué)模型為基礎(chǔ),求取其逆模型作為壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)平臺(tái)的前饋控制器來對(duì)平臺(tái)的遲滯非線性進(jìn)行補(bǔ)償,并驗(yàn)證其有效性。同時(shí),為了提高平臺(tái)的動(dòng)態(tài)性能,本文設(shè)計(jì)了壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)平臺(tái)的線性自抗擾反饋控制方法,并驗(yàn)證該方法可以有效地提高平臺(tái)的動(dòng)態(tài)性能,增強(qiáng)平臺(tái)的魯棒性�？紤]到前饋控制器對(duì)平臺(tái)的補(bǔ)償效果取決于模型建立的精確程度,為進(jìn)一步補(bǔ)償平臺(tái)的遲滯非線性... 

【文章來源】：長春理工大學(xué)吉林省

【文章頁數(shù)】：65 頁

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

堆疊式壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器結(jié)構(gòu)

第2章壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)平臺(tái)建模20表2.1P-611型三軸微位移平臺(tái)具體參數(shù)參數(shù)數(shù)值單位公差開環(huán)行程200μm0~20%開環(huán)分辨率0.2nm線性誤差0.1%剛性0.3N/μm無負(fù)載共振頻率(X/Y/Z軸)350/220/250Hz+20%/-20%表2.2PCI8501采集卡參數(shù)參數(shù)典型值分頻系數(shù)50~232,32位寬通道切換方式8通道8芯片獨(dú)立工作每通道存儲(chǔ)深度32MB觸發(fā)源軟件觸發(fā)，模擬量觸發(fā)，數(shù)字量觸發(fā)觸發(fā)方向下降沿觸發(fā)，上升沿觸發(fā)，上下邊沿觸發(fā)觸發(fā)電平-10V~10V控制壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)平臺(tái)進(jìn)行樣品掃描工作的流程大致描述為：首先利用上位機(jī)中PIMikroMove軟件發(fā)出一個(gè)數(shù)字電壓信號(hào)，通過D/A轉(zhuǎn)換模塊將數(shù)字電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換成模擬電壓信號(hào)，隨后由模擬信號(hào)的放大模塊將模擬電壓信號(hào)放大后加載在壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器上使其發(fā)生微小位移進(jìn)而帶動(dòng)平臺(tái)執(zhí)行掃描工作，再通過應(yīng)變式位移傳感器將壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器的位移量轉(zhuǎn)換成為電信號(hào)輸送至A/D轉(zhuǎn)換模塊，并將位移信息發(fā)送到上位機(jī)，并由PIMikroMove軟件顯示位移信息。hú圖2.4微納操縱系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖

第2章壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)平臺(tái)建模21由于所采用的壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)平臺(tái)在X，Y，Z三軸向上的結(jié)構(gòu)是完全相同的且相互間的影響可以忽略不計(jì)，而且為了避免外力對(duì)壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)平臺(tái)的位移產(chǎn)生影響，本文對(duì)壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)平臺(tái)的相關(guān)實(shí)驗(yàn)在空載條件下進(jìn)行，并且僅對(duì)平臺(tái)X軸向的遲滯非線性進(jìn)行分析和建立數(shù)學(xué)模型，該條件亦是后續(xù)章節(jié)中所涉及的控制部分的相關(guān)設(shè)計(jì)的前提條件。零初始狀態(tài)下，通過PIMikroMove軟件對(duì)微納操縱系統(tǒng)施加幅值為10V的等幅三角波信號(hào)，記錄壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)平臺(tái)的實(shí)際輸出位移數(shù)據(jù)，得到該平臺(tái)的初載曲線（電壓-位移曲線），如圖2.5所示。本文在MatlabR2014b的編譯環(huán)境下，選用梯度下降法來對(duì)P-I遲滯模型的各個(gè)參數(shù)進(jìn)行辨識(shí)。圖2.5壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)平臺(tái)的初載曲線梯度下降法是求解非線性系統(tǒng)模型參數(shù)中最為常用且有效的方法之一，它是沿著梯度下降的方向?qū)δ繕?biāo)函數(shù)進(jìn)行求解并以最終實(shí)現(xiàn)目標(biāo)函數(shù)的值最小為參數(shù)估計(jì)的依據(jù)，假設(shè)有目標(biāo)函數(shù)J(w)，其數(shù)學(xué)表達(dá)式如下：()(){()()}22111122kkTiiJwekiWVk====×（2-10）將估計(jì)值()Wk沿著負(fù)梯度方向修正，公式（2-11）給出了估計(jì)算法的遞推公式：()()()()()()1TWk=Wk+RkVkiW×Vk（2-11）其中，R(k)為權(quán)矩陣，且它是一個(gè)N×N的對(duì)稱矩陣，并滿足：()()21RkVk=（2-12）

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本文編號(hào)：3421674