基于PZT微定位系统控制研究

发布时间：2017-04-15 18:06

  本文关键词：基于PZT微定位系统控制研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：本文系统地分析和研究了以柔性铰链机构为导轨，压电陶瓷驱动的超精密微位移系统；采用有限元法设计了一个以柔性铰链机构为导轨的二维微动台；对压电陶瓷微位移器的Preisach模型和基于Preisach模型的控制方法进行较为深入的理论分析和实验研究，并研究比较了几种不同的控制方法。 全文内容如下： 第一章综述了进行精密微定位系统研究的目的和意义，分析了构成微定位系统的各个组成部分的发展和优缺点，并回顾了以柔性铰链机构为导轨，压电陶瓷驱动的超精密微位移系统国内外的发展概况和研究现状，确定了本论文的研究任 第二章首先对柔性铰链进行了理论分析，得出了柔性铰链的设计公式；系统的分析了平行四杆机构的运动特性，推导了采用平行四杆机构的微动工作台的静态刚度；介绍了有限元分析方法和ANSYS软件，用ANSYS软件优化设计了一个二维微动工作台，并对工作台进行了静态分析和模态分析。 第三章对压电陶瓷微位移器的驱动机理和特性进行了理论分析，实验测试了WSYD型和WTDS型压电陶瓷驱动器的特性。 第四章分析了压电陶瓷的极化机制及其迟滞非线性迟滞的机理，分析比较了压电陶瓷迟滞非线性几种模型；推导了压电陶瓷微位移器的Preisach模型，进行了实验建模，并对所建的Preisach模型进行实验验证。 第五章构建了一个用于研究控制方法的微定位实验系统，并对实验系统进行了测试。 第六章首先建立了微位移系统的控制模型，，对基于Preisach模型的开环控制、PID反馈控制和Preisach模型前馈的PID控制进行仿真和实验研究。介绍了模糊控制和自适应逆控制在微位移系统控制中的应用。 第七章概括了本论文的主要工作，并展望今后需要进一步开展的工作。
【关键词】：压电陶瓷驱动器 柔性铰链 Preisach模型 PID控制 模糊控制 自适应逆控制 微动工作台
【学位授予单位】：浙江大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2004
【分类号】：TH703
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-7
• 目录7-10
• 第1章 绪论10-25
• 1.1 引言10-12
• 1.2 微定位系统的构成及其分类12-16
• 1.2.1 微定位机构12
• 1.2.2 微位移驱动器12-13
• 1.2.3 微定位机构中的导轨13-14
• 1.2.4 检测装置及控制系统14-15
• 1.2.5 微定位系统的分类15-16
• 1.3 基于柔性铰链压电陶瓷驱动的微定位系统研究现状16-23
• 1.3.1 微位移机构的研究现状17-20
• 1.3.2 控制系统的研究现状20-23
• 1.4 本文的研究内容23-25
• 第2章 微动工作台的设计25-43
• 2.1 柔性铰链设计25-29
• 2.1.1 柔性铰链的力学分析25-28
• 2.1.2 正圆型柔性铰链28-29
• 2.2 平台结构分析29-31
• 2.2.1 平行四杆结构运动特性29-31
• 2.2.2 微位移机构的静态刚度K31
• 2.3 微动工作台的设计31-42
• 2.3.1 设计要求31-32
• 2.3.2 有限元分析方法32-34
• 2.3.3 有限元分析的微动工作台的设计、结构分析与优化34-42
• 2.4 本章小结42-43
• 第3章 压电微位移器特性研究43-56
• 3.1 压电效应与电致伸缩效应43-45
• 3.2 压电陶瓷缩微位移器45-46
• 3.3 压电陶瓷微位移器特性分析46-54
• 3.3.1 迟滞特性47-49
• 3.3.2 蠕变特性49-51
• 3.3.3 非线性特性51-52
• 3.3.4 温度特性52
• 3.3.5 负载特性52-53
• 3.3.6 动态特性53-54
• 3.4 本章小结54-56
• 第4章 压电陶瓷建模与实验方法研究56-72
• 4.1 引言56
• 4.2 压电陶瓷产生迟滞的机理56-60
• 4.2.1 压电陶瓷的极化机制56-58
• 4.2.2 压电陶瓷的迟滞原理58-60
• 4.3 滞回曲线的小数指数幂曲线近似法60-61
• 4.4 循环滞回模型61-62
• 4.5 非线性迟滞效应的广义模型62-63
• 4.6 压电陶瓷的Preisach模型63-68
• 4.7 Preisach模型的实验研究68-70
• 4.8 本章小结70-72
• 第5章 微定位控制实验系统研制72-78
• 5.1 微定位控制实验系统的总体构成72-73
• 5.2 系统组成部分的设计与选取73-76
• 5.2.1 微位移机构选取和设计73
• 5.2.2 压电陶瓷微位移器驱动电源选取与工作原理73-74
• 5.2.3 检测装置和传感器的选择74-75
• 5.2.4 A／D数据采集卡的选取75-76
• 5.2.5 计算机控制软件76
• 5.3 系统测试76-77
• 5.4 本章小结77-78
• 第6章 压电陶瓷微位移系统控制方法的研究78-94
• 6.1 引言78
• 6.2 微位移系统数学模型建立78-80
• 6.2.1 压电陶瓷微位移驱动器传递函数78
• 6.2.2 精密定位工作台传递函数78-79
• 6.2.3 驱动系统传递函数79
• 6.2.4 微位移系统的传递函数79-80
• 6.3 基于模型的微位移系统开环控制80-81
• 6.4 微位移系统PID控制研究81-88
• 6.4.1 PID控制思想81-83
• 6.4.2 PID控制器设计83-84
• 6.4.3 PID控制仿真和实验研究84-88
• 6.5 微位移系统的模糊控制研究88-91
• 6.5.1 模糊控制的思想88-89
• 6.5.2 模糊控制在压电陶瓷微位移系统中的应用89-91
• 6.6 微位移系统的自适应逆控制研究91-94
• 6.6.1 自适应逆控制的思想91-92
• 6.6.2 自适应逆控制在压电陶瓷微位移系统中的应用92-94
• 6.7 本章小结94
• 第7章 总结与展望94-96
• 硕士期间发表论文96-97
• 参考文献97-104
• 致谢104

【引证文献】

中国博士学位论文全文数据库 前3条

1 王希花;基于压电陶瓷迟滞非线性建模及控制系统的研究[D];哈尔滨工程大学;2010年

2 魏强;纳米定位微位移工作台的控制技术研究[D];山东大学;2006年

3 周娴玮;原子力显微镜成像与纳米操作控制的研究[D];南开大学;2009年

中国硕士学位论文全文数据库 前8条

1 方小东;基于新型菱形放大机构的微位移工作台结构研究[D];大连理工大学;2011年

2 肖亚涵;基于压电陶瓷的可调标准光隙装置设计[D];华南理工大学;2011年

3 周晓林;精密微位移工作台及其在垂直扫描白光干涉仪中的应用研究[D];华侨大学;2011年

4 郑欢莹;纳米级微定位平台的设计和实验研究[D];天津大学;2012年

5 邓俊广;基于压电陶瓷驱动器的精密定位平台控制系统研究[D];汕头大学;2006年

6 刘欣;压电陶瓷（PZT）特性的分析及实验测试[D];昆明理工大学;2007年

7 高天龙;基于DSP的微伺服控制系统设计[D];电子科技大学;2010年

8 陈海荣;三维精密驱动控制系统的设计研究[D];南京航空航天大学;2012年

  本文关键词：基于PZT微定位系统控制研究，由笔耕文化传播整理发布。

本文编号：308936