压电陶瓷驱动的大行程快刀伺服系统关键技术研究
发布时间：2021-02-22 09:11
随着现代精密光学加工、测量技术的进步,可以实现特殊光学效果的微结构阵列在光学设计的过程中扮演着日益重要的角色。集成快速刀具伺服技术的单点金刚石车削可实现高精度、高表面质量的加工效果,其响应速度高、刚度大、定位精度高,是经济有效地加工微结构阵列的最有前途的技术之一。然而现阶段国内外成熟快刀产品仍然很少,原因在于目前只有以压电陶瓷作为驱动器才有可能实现微结构阵列的高效加工,但一方面,一般压电陶瓷十数微米甚至更低的行程无法满足光学设计对微结构尺寸日益增长的需求,另一方面,压电促动器严重的非线性问题在高频工作条件下仍缺少合适的控制方法。因此,研究压电陶瓷驱动的大行程快速刀具伺服系统有着十分重要的意义。本文通过对比国内外此类快刀的科研成果与产品,选择其中的关键技术加以研究,自主设计了一套具有位移放大结构的双压电陶瓷驱动的快刀装置,搭建了相应的控制系统并进行了开环前馈控制算法的研究。在此基础上,通过微透镜阵列加工实验验证了快刀系统的加工能力,检验了本文理论研究的正确性。本文主要的研究工作包含以下几个方面:首先,比较了不同压电陶瓷布置形式下相应的振动系统特性,确定快刀装置的基本组成结构,通过有限元仿...
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：80 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第1章 绪论
1.1 课题来源及研究的背景和意义
1.1.1 课题来源
1.1.2 课题的研究背景和意义
1.2 国内外研究现状及分析
1.2.1 不同驱动原理的快刀技术研究现状
1.2.2 压电促动器控制算法研究现状
1.2.3 国内外文献综述简析
1.3 主要研究内容
第2章 快刀装置总体设计
2.1 引言
2.2 振动系统设计与实现
2.2.1 压电陶瓷单向驱动的振动系统
2.2.2 压电陶瓷双向驱动的振动系统
2.3 快刀装置结构设计
2.3.1 位移放大结构设计与仿真
2.3.2 压电陶瓷驱动器的选型
2.3.3 运动学模型建立与分析
2.4 正弦信号响应测试
2.4.1 预紧力对快刀输出的影响
2.4.2 结构刚度与放大系数测试
2.4.3 两种振动系统的输出对比
2.5 本章小结
第3章 快刀控制系统设计
3.1 引言
3.2 上位机软件设计与开发
3.2.1 快刀装配模块
3.2.2 参数计算模块
3.2.3 输出校正模块
3.2.4 通讯与控制模块
3.3 控制系统搭建
3.3.1 控制系统整体结构
3.3.2 控制系统模拟测试
3.4 开环前馈控制算法研究
3.4.1 微透镜阵列驱动信号的特征提取
3.4.2 差值补偿法
3.4.3 多项式校正法
3.5 本章小结
第4章 微透镜阵列加工实验研究
4.1 引言
4.2 微透镜阵列加工的理论研究
4.2.1 振动切削微透镜的几何原理
4.2.2 柱面微透镜阵列
4.2.3 端面微透镜阵列
4.3 微透镜阵列加工实验
4.3.1 快刀控制参数的范围与影响
4.3.2 柱面圆点阵列加工实验
4.3.3 实验结果的检测与分析
4.4 本章小结
结论
参考文献
攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]压电陶瓷驱动器建模与控制技术的研究[J]. 于保军,司苏美,林洁琼,靖贤. 机械设计与制造. 2019(03)
[2]辊筒模具微透镜阵列的慢刀伺服成形加工[J]. 乔政,吴言功,刘玉涛,王波,张鹏. 光学精密工程. 2019(01)
[3]基于PI迟滞模型的压电驱动器自适应辨识与逆控制[J]. 张桂林,张承进,李康. 纳米技术与精密工程. 2013(01)
[4]复杂光学表面的快刀伺服加工特性与路径规划[J]. 王贵林,朱登超,戴一帆. 机械工程学报. 2011(15)
[5]压电陶瓷驱动的超精密快刀伺服系统的设计与研制[J]. 戴一帆,杨海宽,王贵林,杨帆,吴宇列. 中国机械工程. 2009(22)
[6]基于电流与电压复合控制的压电陶瓷驱动器[J]. 荣伟彬,徐敏,张世忠. 压电与声光. 2009(04)
[7]音圈电机的电磁场计算与分析[J]. 邹继斌,王骞. 微特电机. 2008(02)
[8]音圈电机驱动的快刀伺服系统建模与性能分析[J]. 戴一帆,段纬然,王贵林,杨帆. 国防科技大学学报. 2008(01)
[9]压电陶瓷执行器迟滞与非线性成因分析[J]. 崔玉国,孙宝元,董维杰,杨志欣. 光学精密工程. 2003(03)
[10]压电陶瓷基本特性研究[J]. 张涛,孙立宁,蔡鹤皋. 光学精密工程. 1998(05)
博士论文
[1]压电驱动器的迟滞非线性建模与控制[D]. 陈远晟.南京航空航天大学 2013
硕士论文
[1]压电陶瓷驱动器的动态迟滞建模与实验研究[D]. 杨宇峰.浙江大学 2013
本文编号：3045766
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：80 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第1章 绪论
1.1 课题来源及研究的背景和意义
1.1.1 课题来源
1.1.2 课题的研究背景和意义
1.2 国内外研究现状及分析
1.2.1 不同驱动原理的快刀技术研究现状
1.2.2 压电促动器控制算法研究现状
1.2.3 国内外文献综述简析
1.3 主要研究内容
第2章 快刀装置总体设计
2.1 引言
2.2 振动系统设计与实现
2.2.1 压电陶瓷单向驱动的振动系统
2.2.2 压电陶瓷双向驱动的振动系统
2.3 快刀装置结构设计
2.3.1 位移放大结构设计与仿真
2.3.2 压电陶瓷驱动器的选型
2.3.3 运动学模型建立与分析
2.4 正弦信号响应测试
2.4.1 预紧力对快刀输出的影响
2.4.2 结构刚度与放大系数测试
2.4.3 两种振动系统的输出对比
2.5 本章小结
第3章 快刀控制系统设计
3.1 引言
3.2 上位机软件设计与开发
3.2.1 快刀装配模块
3.2.2 参数计算模块
3.2.3 输出校正模块
3.2.4 通讯与控制模块
3.3 控制系统搭建
3.3.1 控制系统整体结构
3.3.2 控制系统模拟测试
3.4 开环前馈控制算法研究
3.4.1 微透镜阵列驱动信号的特征提取
3.4.2 差值补偿法
3.4.3 多项式校正法
3.5 本章小结
第4章 微透镜阵列加工实验研究
4.1 引言
4.2 微透镜阵列加工的理论研究
4.2.1 振动切削微透镜的几何原理
4.2.2 柱面微透镜阵列
4.2.3 端面微透镜阵列
4.3 微透镜阵列加工实验
4.3.1 快刀控制参数的范围与影响
4.3.2 柱面圆点阵列加工实验
4.3.3 实验结果的检测与分析
4.4 本章小结
结论
参考文献
攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]压电陶瓷驱动器建模与控制技术的研究[J]. 于保军,司苏美,林洁琼,靖贤. 机械设计与制造. 2019(03)
[2]辊筒模具微透镜阵列的慢刀伺服成形加工[J]. 乔政,吴言功,刘玉涛,王波,张鹏. 光学精密工程. 2019(01)
[3]基于PI迟滞模型的压电驱动器自适应辨识与逆控制[J]. 张桂林,张承进,李康. 纳米技术与精密工程. 2013(01)
[4]复杂光学表面的快刀伺服加工特性与路径规划[J]. 王贵林,朱登超,戴一帆. 机械工程学报. 2011(15)
[5]压电陶瓷驱动的超精密快刀伺服系统的设计与研制[J]. 戴一帆,杨海宽,王贵林,杨帆,吴宇列. 中国机械工程. 2009(22)
[6]基于电流与电压复合控制的压电陶瓷驱动器[J]. 荣伟彬,徐敏,张世忠. 压电与声光. 2009(04)
[7]音圈电机的电磁场计算与分析[J]. 邹继斌,王骞. 微特电机. 2008(02)
[8]音圈电机驱动的快刀伺服系统建模与性能分析[J]. 戴一帆,段纬然,王贵林,杨帆. 国防科技大学学报. 2008(01)
[9]压电陶瓷执行器迟滞与非线性成因分析[J]. 崔玉国,孙宝元,董维杰,杨志欣. 光学精密工程. 2003(03)
[10]压电陶瓷基本特性研究[J]. 张涛,孙立宁,蔡鹤皋. 光学精密工程. 1998(05)
博士论文
[1]压电驱动器的迟滞非线性建模与控制[D]. 陈远晟.南京航空航天大学 2013
硕士论文
[1]压电陶瓷驱动器的动态迟滞建模与实验研究[D]. 杨宇峰.浙江大学 2013
本文编号：3045766
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