平面3-RRR压电微动平台位置域轨迹跟踪控制方法研究

发布时间：2017-10-23 16:41

  本文关键词：平面3-RRR压电微动平台位置域轨迹跟踪控制方法研究

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【摘要】：压电陶瓷驱动器(PEA)用来驱动平面3-RRR微动平台,实现微米级定位和轨迹跟踪等应用。在微动平台控制中主要存在两个问题,一是压电陶瓷驱动器的迟滞非线性,二是多压电陶瓷驱动系统之间的耦合相关性,这两个问题相互制约严重影响压电微动平台定位精度以及轨迹跟踪性能。因此本文基于这两个问题研究轨迹跟踪控制的方法,目的是提高3-RRR压电微动平台轨迹跟踪精度。本文的研究目标主要分为三个方面：(1)建立压电陶瓷迟滞动力学模型,该模型基于Bouc-Wen迟滞数学模型用于描述压电陶瓷的迟滞非线性。(2)为了建立多个压电陶瓷驱动系统的相关性,提出基于位置域的逆Bouc-Wen模型前馈补偿和PI反馈的复合控制方法。(3)通过系统仿真和实验验证该方法的有效性。本文的主要工作如下：首先,建立压电陶瓷迟滞动力学模型并进行系统参数辨识,确立压电陶瓷数学模型。其次,通过伪刚体模型进行机构运动学分析、运动仿真以及工作空间求解。再者,引入位置域控制的概念设计微动平台轨迹跟踪控制算法,并与传统的时间域控制方法进行比较分析。最后,搭建3-RRR微动平台仿真系统和实验平台系统,验证控制算法的有效性并得出结论。本文的研究结果表明：(1)压电陶瓷驱动器迟滞非线性是不可避免的,Bouc-Wen迟滞数学模型能有效描述压电陶瓷迟滞现象。(2)3-RRR压电微动平台理论工作空间和实际工作空间存在较大差异,原因表现在众多方面例如微动平台设计、制造及装配等误差所致。(3)本文提出的基于位置域的复合控制方法相比于传统的时间域控制方法,更有利于提高轮廓轨迹跟踪精度。
【关键词】：3-RRR压电微动平台 压电陶瓷驱动器 Bouc-Wen模型 位置域 复合控制
【学位授予单位】：华东理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TH703.8
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-9
• 第一章 绪论9-17
• 1.1 课题背景9-10
• 1.2 应用前景10
• 1.3 课题的目的和意义10-11
• 1.4 国内外研究现状文献综述11-16
• 1.4.1 3-RRR柔顺机构的运动学分析11-12
• 1.4.2 3-RRR柔顺机构的动力学分析12-13
• 1.4.3 压电陶瓷迟滞模型的建模分析13-14
• 1.4.4 压电微动平台的控制方法分析14-15
• 1.4.5 位置域控制的方法分析15-16
• 1.5 本文主要工作16-17
• 第二章 压电陶瓷驱动系统的数学建模17-29
• 2.1 压电陶瓷迟滞非线性建模17-21
• 2.1.1 压电陶瓷驱动器的特性分析17-18
• 2.1.2 压电陶瓷驱动器的迟滞实验分析18-19
• 2.1.3 压电陶瓷驱动器的Bouc-Wen模型19-21
• 2.2 3-RRR微动平台支链驱动系统的数学模型21-23
• 2.3 压电陶瓷迟滞动力学模型参数辨识23-28
• 2.3.1 粒子群算法描述24
• 2.3.2 参数辨识过程与结果24-27
• 2.3.3 迟滞非线性结果分析27-28
• 2.4 本章小结28-29
• 第三章 3-RRR微动平台运动学求解及仿真29-37
• 3.1 机构介绍29-31
• 3.2 运动学分析31-32
• 3.3 雅克比矩阵近似法32-34
• 3.3.1 雅克比矩阵简介32
• 3.3.2 雅克比矩阵求的求解32-33
• 3.3.3 实验雅克比矩阵的求解33-34
• 3.4 运动学仿真研究34-36
• 3.5 工作空间分析36
• 3.6 本章小结36-37
• 第四章 3-RRR微动平台轨迹跟踪控制方法研究37-47
• 4.1 前馈补偿控制37
• 4.2 复合控制方法37-38
• 4.3 基于位置域的复合控制方法38-42
• 4.3.1 位置域控制的概念38-39
• 4.3.2 位置域动力学模型推导39-41
• 4.3.3 基于位置域复合控制器设计41-42
• 4.4 系统仿真研究42-46
• 4.4.1 压电陶瓷驱动系统仿真42-44
• 4.4.2 3-RRR微动平台轨迹跟踪控制仿真44-46
• 4.5 本章小结46-47
• 第五章 3-RRR微动平台实验系统搭建47-60
• 5.1 实验装置47-53
• 5.1.1 3-RRR并联微动平台47-48
• 5.1.2 压电陶瓷驱动器48-50
• 5.1.3 电涡流位移传感器50-51
• 5.1.4 dSPACE实时系统51-53
• 5.2 压电陶瓷轨迹跟踪控制实验53-55
• 5.3 终端执行器轨迹跟踪控制实验55-59
• 5.4 本章小结59-60
• 第六章 总结与展望60-62
• 6.1 论文总结60
• 6.2 创新点60-61
• 6.3 展望61-62
• 参考文献62-68
• 附录68-71
• 致谢71-72
• 攻读硕士学位期间发表与录用的学术论文72

【参考文献】

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本文编号：1084379