科技的高速發(fā)展拓寬了人類的研究領域,從傳統(tǒng)的宏觀對象研究逐步轉(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、測量以及加工等高精度的操作中,均需要驅(qū)動設備提供微納米級別的步進位移,同時也需要保障系統(tǒng)具有較高的動態(tài)性能。壓電陶瓷驅(qū)動平臺憑借其體積小、驅(qū)動力大以及超高的位移分辨率成為探索微觀領域中的一個理想的驅(qū)動設備,但是由于其本身固有的遲滯等非線性因素降低對樣品進行掃描成像時的定位精度,同時還影響了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。為了對壓電陶瓷驅(qū)動平臺的遲滯非線性進行補償,并使平臺具備良好的動態(tài)性能,本文首先分別建立平臺的Prandtl-Ishlinshii（P-I）遲滯數(shù)學模型、線性動態(tài)模型以及兩者相結合的串接模型,并進行了相關驗證來證明模型建立的有效性。然后,以P-I遲滯數(shù)學模型為基礎,求取其逆模型作為壓電陶瓷驅(qū)動平臺的前饋控制器來對平臺的遲滯非線性進行補償,并驗證其有效性。同時,為了提高平臺的動態(tài)性能,本文設計了壓電陶瓷驅(qū)動平臺的線性自抗擾反饋控制方法,并驗證該方法可以有效地提高平臺的動態(tài)性能,增強平臺的魯棒性�？紤]到前饋控制器對平臺的補償效果取決于模型建立的精確程度,為進一步補償平臺的遲滯非線性... 

【文章來源】：長春理工大學吉林省

【文章頁數(shù)】：65 頁

【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

堆疊式壓電陶瓷驅(qū)動器結構

第2章壓電陶瓷驅(qū)動平臺建模20表2.1P-611型三軸微位移平臺具體參數(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芯片獨立工作每通道存儲深度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)動平臺進行樣品掃描工作的流程大致描述為：首先利用上位機中PIMikroMove軟件發(fā)出一個數(shù)字電壓信號，通過D/A轉(zhuǎn)換模塊將數(shù)字電壓信號轉(zhuǎn)換成模擬電壓信號，隨后由模擬信號的放大模塊將模擬電壓信號放大后加載在壓電陶瓷驅(qū)動器上使其發(fā)生微小位移進而帶動平臺執(zhí)行掃描工作，再通過應變式位移傳感器將壓電陶瓷驅(qū)動器的位移量轉(zhuǎn)換成為電信號輸送至A/D轉(zhuǎn)換模塊，并將位移信息發(fā)送到上位機，并由PIMikroMove軟件顯示位移信息。hú圖2.4微納操縱系統(tǒng)結構框圖

第2章壓電陶瓷驅(qū)動平臺建模21由于所采用的壓電陶瓷驅(qū)動平臺在X，Y，Z三軸向上的結構是完全相同的且相互間的影響可以忽略不計，而且為了避免外力對壓電陶瓷驅(qū)動平臺的位移產(chǎn)生影響，本文對壓電陶瓷驅(qū)動平臺的相關實驗在空載條件下進行，并且僅對平臺X軸向的遲滯非線性進行分析和建立數(shù)學模型，該條件亦是后續(xù)章節(jié)中所涉及的控制部分的相關設計的前提條件。零初始狀態(tài)下，通過PIMikroMove軟件對微納操縱系統(tǒng)施加幅值為10V的等幅三角波信號，記錄壓電陶瓷驅(qū)動平臺的實際輸出位移數(shù)據(jù)，得到該平臺的初載曲線（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P-I遲滯模型的各個參數(shù)進行辨識。圖2.5壓電陶瓷驅(qū)動平臺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繕撕瘮?shù)進行求解并以最終實現(xiàn)目標函數(shù)的值最小為參數(shù)估計的依據(jù)，假設有目標函數(shù)J(w)，其數(shù)學表達式如下：()(){()()}22111122kkTiiJwekiWVk====×（2-10）將估計值()Wk沿著負梯度方向修正，公式（2-11）給出了估計算法的遞推公式：()()()()()()1TWk=Wk+RkVkiW×Vk（2-11）其中，R(k)為權矩陣，且它是一個N×N的對稱矩陣，并滿足：()()21RkVk=（2-12）

【參考文獻】：
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本文編號：3421674