超精密微位移系统研究

发布时间：2017-03-31 05:27

  本文关键词：超精密微位移系统研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】： 本文对基于压电陶瓷驱动的超精密微位移系统进行了系统地理论分析和实验研究，旨在采用以柔性铰链机构作为导轨，以压电陶瓷驱动器作为控制元件来实现超精密的三维定位。 第一章综述了进行精密微位移系统研究的目的和意义，分析了构成微位移系统的各个组成部分的发展及优缺点，并回顾了精密定位微动平台在国内外的发展概况，确定了本论文的研究任务。 第二章对压电陶瓷驱动器的驱动机理进行了理论分析，，实验测试了WTDS—IA型压电陶瓷驱动器的特性，并提出了一种线性化方法来对驱动器输入／输出的非线性进行修正，最后建立了压电陶瓷驱动器的Preisach迟滞模型并进行了实验研究。 第三章通过分析各种压电陶瓷驱动原理，设计了一个0～300V可控压电陶瓷驱动电源，通过实验获得了驱动电源的各种特性。 第四章首先对柔性铰链进行了理论分析，得出了柔性铰链转角刚度及拉伸刚度的计算公式，然后用有限元法对公式计算进行了验证；系统地分析了对称复合平行四杆机构的导向性能，得到了它的刚度、固有频率、最大应力的计算公式；设计了一个三维微动工作台，对其刚度，固有频率分别进行了理论、有限元及实验研究。 第五章分别采用开环控制和PID控制算法，设计了一个控制系统，利用该控制系统进行了微动平台的定位控制研究，分别获得了±0.17um和±0.01um的定位精度。通过给PID控制器增加前馈环节，使定位时间从1.2s降低到0.3s，有效地提高了系统进行精密定位的动态性能。 第六章概括了本论文的主要工作，并展望今后需进一步开展的工作。
【关键词】：压电驱动器 Preisach模型 柔性铰链 微动平台 PID控制
【学位授予单位】：浙江大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2003
【分类号】：TH703
【目录】：

• 第一章 绪论9-27
• 1.1 研究微位移系统的背景和意义9-10
• 1.2 微位移系统的构成10-21
• 1.2.1 微位移系统总体结构10
• 1.2.2 微位移驱动器及其优缺点10-15
• 1.2.3 导轨形式及其特点15-17
• 1.2.4 检测装置17-19
• 1.2.5 控制系统19-21
• 1.3 国内外微动工作台研究现状21-26
• 1.3.1 柔性支承--压电陶瓷驱动21-24
• 1.3.2 超磁致伸缩材料驱动的微动工作台24
• 1.3.3 其它形式的微动工作台24-26
• 1.4 本文的研究内容26-27
• 第二章 压电陶瓷驱动器特性研究27-44
• 2.1 驱动器伸缩机理分析27-30
• 2.1.1 压电与电致伸缩效应27-28
• 2.1.2 压电效应和电致伸缩效应的微观机理28-29
• 2.1.3 电致伸缩型压电驱动器描述29-30
• 2.2 WTDS-IA型压电驱动器的静态特性30-35
• 2.2.1 概述30
• 2.2.2 力位移特性30-32
• 2.2.3 电压位移特性32-34
• 2.2.4 重复性34-35
• 2.2.5 稳定性35
• 2.3 压电驱动器的电源线性化方法35-37
• 2.4 驱动器非线性滞回模型的建立37-43
• 2.4.1 引言37
• 2.4.2 Preisach模型的建立37-41
• 2.4.3 实验研究41-43
• 2.5 本章小结43-44
• 第三章 压电陶瓷驱动电源设计44-53
• 3.1 引言44
• 3.2 压电陶瓷驱动电源的特点44-45
• 3.3 压电陶瓷驱动电源的原理45-46
• 3.4 直流放大式驱动电路设计46-49
• 3.4.1 工作原理46
• 3.4.2 计算机接口46-47
• 3.4.3 高压稳压电路47-48
• 3.4.4 放大电路48-49
• 3.4.5 放电回路49
• 3.5 驱动电源的性能测试和实验分析49-52
• 3.5.1 线性度49-50
• 3.5.2 分辨率50-51
• 3.5.3 输出电压波纹51
• 3.5.4 电源的阶跃响应特性51-52
• 3.6 本章小结52-53
• 第四章 微动平台设计及特性研究53-70
• 4.1 柔性铰链设计53-59
• 4.1.1 概述53
• 4.1.2 柔性铰链的力学模型53-55
• 4.1.3 正圆铰链各参数对转角刚度的影响55-57
• 4.1.4 有限元验证57-59
• 4.2 平台结构分析59-63
• 4.2.1 平行四杆机构导向性能分析59-60
• 4.2.2 微位移机构的静态刚度K60-61
• 4.2.3 弱截面处的最大应力σ61-62
• 4.2.4 微位移机构的固有频率62-63
• 4.3 三维微动平台的设计63-67
• 4.3.1 平台设计63-65
• 4.3.2 有限元分析65-67
• 4.4 平台特性的实验研究67-69
• 4.4.1 微动平台的刚度67-68
• 4.4.2 微动平台的静态特性68
• 4.4.3 微动平台的固有频率68-69
• 4.5 本章小结69-70
• 第五章 微动平台精密定位控制研究70-79
• 5.1 引言70
• 5.2 微位移系统的模型建立70-71
• 5.3 开环定位控制研究71-73
• 5.4 PID反馈控制研究73-78
• 5.4.1 PID控制的实现思想73-75
• 5.4.2 PID参数对系统误差的影响75
• 5.4.3 PID控制器设计75-76
• 5.4.4 实验研究76-78
• 5.5 本章小结78-79
• 第六章 结论与展望79-80
• 参考文献80-84
• 攻读硕士学位期间已发表(投寄)论文84
• 攻读硕士学位期间参与的科研项目84-85
• 致谢85

【引证文献】

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本文编号：279029