基于压电陶瓷驱动器的平面三自由度微动平台研究

发布时间：2017-06-22 20:19

  本文关键词：基于压电陶瓷驱动器的平面三自由度微动平台研究，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：微动平台是精密定位技术研究中的核心内容。高精密的微动平台具有分辨率高、定位准确、刚度大、稳定性好等优点,故而得到了广泛的应用。本课题即针对基于压电陶瓷驱动器的平面三自由度微动平台做出研究。压电陶瓷驱动器是微动平台最常用到的驱动单元。当采用电压方式驱动时,压电陶瓷的位移曲线会表现出一定的迟滞非线性。为了减少开环控制时迟滞性的影响,本文采用PI模型构造了压电陶瓷的迟滞模型曲线,并使用自适应粒子群算法辨识了该模型的参数。此外,针对迟滞曲线的非对称特性,改进了模型的构建方法。结果表明,所提出的改进方法能明显提高模型的精度。采用伪刚体模型法、有限元分析法分别针对并联微动平台的位移、速度和工作空间进行了分析。求得了微动平台的位移传递关系以及雅克比矩阵,计算了微动平台的工作空间。针对平台的静力学和动力学问题进行了研究。求得了柔性铰链的转动刚度。分析了平台的输入-输出力/力矩对应的关系。采用拉格朗日法建立了微动平台的动力学模型。求得了平台的动能和势能公式以及平台的前三阶固有频率。有限元仿真和模态实验结果验证了计算值的准确性。最后,搭建了微动平台的实验系统。使用双频激光干涉仪测量并标定了压电陶瓷输出端的位移,修正了平台的雅克比矩阵。基于模糊PID控制器,搭建了微动平台的控制系统。结合实验结果和实验装置,分析了误差产生的原因。
【关键词】：3-RRR微动平台 PI迟滞模型 运动学 静力学 模糊PID控制
【学位授予单位】：华南理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TH703
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 第一章 绪论10-21
• 1.1 引言10-11
• 1.2 国内外研究现况综述11-18
• 1.2.1 压电陶瓷驱动器研究现况11-12
• 1.2.2 压电陶瓷驱动器控制技术研究12-14
• 1.2.3 微动平台研究14-16
• 1.2.4 微动平台控制方法研究16-18
• 1.3 课题来源与研究意义18-19
• 1.4 本文研究内容19-21
• 1.4.1 研究内容19
• 1.4.2 论文组织结构19-21
• 第二章 压电陶瓷驱动器建模分析21-34
• 2.1 引言21
• 2.2 压电陶瓷特性研究21-25
• 2.2.1 压电陶瓷驱动原理21-22
• 2.2.2 压电陶瓷驱动器结构22-23
• 2.2.3 压电陶瓷驱动器的基本特性23-25
• 2.2.4 压电陶瓷迟滞性分析25
• 2.3 基于自适应粒子群算法的PI模型研究25-33
• 2.3.1 PI模型简介26-27
• 2.3.2 自适应粒子群算法简介27
• 2.3.3 PI 模型自适应参数辨识结果及分析27-29
• 2.3.4 PI 迟滞建模方法的改进29-31
• 2.3.5 PI 模型改进方法的验证31-33
• 2.4 小结33-34
• 第三章 微动平台运动学分析34-47
• 3.1 引言34
• 3.2 运动学模型34-40
• 3.2.1 微动平台机构简介34-35
• 3.2.2 运动学逆解35-36
• 3.2.3 运动学正解36-38
• 3.2.4 雅克比矩阵38-40
• 3.2.5 工作空间分析40
• 3.3 有限元法分析40-46
• 3.3.1 有限元分析法的分析过程概述41-42
• 3.3.2 平面梁单元的单元刚度矩阵42-43
• 3.3.3 平面三角形单元的单元刚度矩阵43-44
• 3.3.4 定位平台有限元分析44-46
• 3.4 小结46-47
• 第四章 微动平台静力学及动力学分析47-54
• 4.1 引言47
• 4.2 柔顺铰链分析47-48
• 4.3 静力学分析48-50
• 4.4 动力学分析50-53
• 4.4.1 拉格朗日动力学方程50-52
• 4.4.2 有限元动力学仿真52
• 4.4.3 模态测试实验结果52-53
• 4.5 小结53-54
• 第五章 实验系统搭建及实验结果分析54-67
• 5.1 引言54
• 5.2 PID控制器54-55
• 5.3 模糊控制器55-60
• 5.3.1 模糊逻辑PID控制器的建立56-57
• 5.3.2 模糊化57
• 5.3.3 模糊推理57-60
• 5.3.4 解模糊60
• 5.4 实验系统搭建60-65
• 5.4.1 实验平台60-61
• 5.4.2 压电陶瓷驱动器61-63
• 5.4.3 压电陶瓷控制器63-64
• 5.4.4 dSPACE控制器64
• 5.4.5 双频激光干涉仪测定系统64-65
• 5.4.6 雅克比矩阵的标定65
• 5.5 实验结果及分析65-66
• 5.5.1 实验结果65-66
• 5.5.2 误差分析66
• 5.6 小结66-67
• 结论及展望67-69
• 主要工作及结论67
• 工作展望67-69
• 参考文献69-73
• 攻读硕士学位期间取得的研究成果73-74
• 致谢74-75
• 附件75

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前3条

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中国博士学位论文全文数据库 前4条

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1 王华;平面三自由度柔顺精密定位平台的优化设计[D];汕头大学;2005年

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本文编号：473019