高精度微定位器结构与控制研究

发布时间：2017-06-13 01:06

  本文关键词：高精度微定位器结构与控制研究，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：微定位器是精密加工、纳米技术的重要组成部分,它一般由驱动元件、微动平台、控制电路三个部分组成。本文对驱动元件和控制电路两个部分进行了简单的分析讨论,重点研究了微动平台的分析设计,主要工作包括: (1) 柔性铰链单元的力学模型的建立与解析法分析,压电陶瓷驱动元件的分类以及逆压电效应的分析。 (2) 对传统的基于柔性铰链的柔性机构和一种新的基于柔性悬臂梁的柔性机构进行了对比分析,分析结果表明在相同的外形尺寸和作用力下,新柔性机构的输出位移增加了2倍,最大应力减少了4%。利用解析法推导出了基于柔性悬臂梁的柔性机构的设计公式,该方法可以减少设计参数并大大减少计算量。采用正交试验的方法对基于柔性悬臂梁的一维柔性结构进行了参数优化设计以获得最大的输出位移:对最优结构进行了强度校核、模态分析。 (3) 在一维微动平台的基础上,对叠加式、串联式、并联式三种二维微定位器微动平台的性能进行了分析比较,选择了性能最优的并联式进行了理论建模分析和有限元仿真分析,分析了该结构的运动方向间的交叉干扰以及各个结构参数对微动平台输出位移的影响。 (4) 分析了电阻应变片式传感器、电感式传感器和电容式传感器测量位移的工作原理及其特点,选择了最适合进行高精度微位移测量的极矩变化式电容传感器作为微定位器使用的位移测量传感器。 (5) 提出了微定位器的硬件控制方案,给出了两种控制方法:带有BP神经网络前馈环的PID控制方法和Fuzzv—PI多模态分段控制方法。
【关键词】：微定位器 柔性机构 柔性铰链 压电陶瓷 有限元法
【学位授予单位】：西北工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2005
【分类号】：TH703
【目录】：

• 摘要3-4
• ABSTRACT4-7
• 第1章 绪论7-16
• 1.1 微定位器概述7-11
• 1.1.1 微定位器分类7-9
• 1.1.2 微定位器应用范围9-11
• 1.2 微定位器研究现状11-14
• 1.2.1 国外研究现状11-12
• 1.2.2 国内研究现状12-14
• 1.3 本文的研究内容14-15
• 1.4 本章小结15-16
• 第2章 柔性铰链和压电陶瓷16-28
• 2.1 柔性铰链16-20
• 2.1.1 柔性铰链概述16-17
• 2.1.2 柔性铰链的力学模型与解析法分析17-20
• 2.2 压电材料概述20-22
• 2.2.1 压电效应20-21
• 2.2.2 压电材料分类21-22
• 2.3 压电陶瓷研究22-26
• 2.3.1 压电陶瓷器件的结构形式22
• 2.3.2 压电陶瓷的基本特性分析22-26
• 2.4 本章小结26-28
• 第3章 一维微定位器结构设计分析28-46
• 3.1 两种柔性机构的对比分析28-34
• 3.1.1 柔性机构概述28-29
• 3.1.2 两种柔性机构的有限元分析29-32
• 3.1.3 两种柔性机构解析法设计32-34
• 3.1.4 两种柔性机构对比分析的结论34
• 3.2 基于柔性悬臂梁的柔性机构优化设计34-41
• 3.2.1 正交试验设计概述35
• 3.2.2 柔性机构的正交试验设计35-37
• 3.2.3 柔性机构的正交试验分析37-40
• 3.2.4 柔性机构应力校核40-41
• 3.3 柔性机构的模态分析41-43
• 3.4 仿真结果与理论值的比较分析43-45
• 3.5 本章小结45-46
• 第4章 二维微定位器结构设计分析46-63
• 4.1 三种形式的二维微定位器结构46-49
• 4.1.1 叠加式结构46-47
• 4.1.2 串联式结构47-49
• 4.1.2 并联式结构49
• 4.2 并联式结构的解析法分析49-54
• 4.3 并联式结构模态分析54-55
• 4.4 并联式结构的交义干扰分析55-58
• 4.5 并联式结构的结构参数分析58-60
• 4.6 十字型二维柔性铰链结构初步研究60-62
• 4.7 本章小结62-63
• 第5章 微位移测量与微定位器控制63-72
• 5.1 微位移测量方法63-68
• 5.1.1 电阻应变式位移传感器63-65
• 5.1.2 电感式位移传感器65-66
• 5.1.3 电容式位移传感器66-68
• 5.2 微定位器控制方案68-71
• 5.2.1 微定位器闭环控制硬件结构68-69
• 5.2.2 微定位器控制方法69-71
• 5.3 本章小结71-72
• 第6章 结论与展望72-74
• 6.1 研究结论72-73
• 6.2 工作展望73-74
• 论文发表情况74-75
• 致谢75-76
• 参考文献76-80

【引证文献】

中国期刊全文数据库 前4条

1 王光亮;杨川;;二维微动工作台的设计与分析[J];机床与液压;2008年05期

2 周虎;杨建国;陈少梅;;基于压电陶瓷的超精密进给系统的设计与分析[J];机械设计;2010年08期

3 曹卫锋;曲和高;;二维超精密定位系统设计与仿真[J];科学技术与工程;2012年27期

4 张艳君;;基于ANSYS的二维微动平台的性能分析[J];机床与液压;2013年09期

中国硕士学位论文全文数据库 前5条

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2 韩同鹏;非圆车削系统中刀具的精密定位技术研究[D];宁波大学;2010年

3 范春辉;全柔性机构的优化设计方法和实验研究[D];北方工业大学;2006年

4 成黎;AFM压电驱动器建模与控制研究[D];山东大学;2010年

5 米杰;原位纳米压痕/划痕测试装置的设计与试验研究[D];吉林大学;2013年

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本文编号：445351