二维宏微驱动平台及其去耦合技术研究

发布时间：2017-06-24 16:03

  本文关键词：二维宏微驱动平台及其去耦合技术研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：近几年来,随着科学技术和工业的不断发展,生物工程、军事工程、精密光学工程和精密机械工程等领域对具有大运动范围和高精密定位精度的运动机构有着越来越迫切的需求。宏微双重驱动技术是满足大行程高精度定位的一种有效手段。将宏驱动与微驱动结合起来,能保证整个系统在大行程运动的前提下实现高精密定位的要求。因此,开展该领域的关键技术研究具有重大而深远的意义。 基于上述研究背景和意义,本课题构建了二维宏微双驱动大行程高精密平台：直线电机宏驱动平台实现大行程的运动,高精密光栅尺测量并反馈其实际位移,柔性铰链微驱动平台补偿其位移误差,提高系统的定位精度。 第一章介绍了宏微双驱动技术的研究背景和意义,然后阐述了国内外对减耦微驱动平台的设计研究及宏微平台之间去耦合技术的研究。 第二章给出了微驱动平台的总体设计方案,对系统的刚度、频率、放大倍数、耦合度等重要参数进行计算和仿真分析,设计了一个具有大放大倍数和低耦合位移的二维驱微动平台并进行线切割加工。 第三章首先构建了微驱动平台系统,并对系统进行开环测试,分析了其开环性能。然后通过系统辨识建立微驱动平台的理论模型,初步设计系统的PID控制器。最后对构建的系统进行PID闭环控制实验,测试闭环条件下系统的线性度、位移分辨率和耦合位移。 第四章测试了直线电机平台的定位性能,结合微驱动平台的运动行程,提出了多点定位的控制流程。开展了宏微双驱动平台多点定位及去耦合实验,验证了采用改进后的宏微驱动控制流程以及双半闭环控制策略,能使整个系统实现大行程高精度低耦合定位。 第五章总结了本文的研究内容,并提出了一些希望和建议。
【关键词】：宏微驱动 去耦合 多点定位 柔性铰链
【学位授予单位】：浙江大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TH703
【目录】：

• 致谢4-5
• 摘要5-6
• Abstract6-7
• 目录7-9
• 插图和附表清单9-13
• 第1章 绪论13-24
• 1.1. 研究背景及意义13-15
• 1.2. 宏微平台的测量技术15-17
• 1.3. 微驱动平台的减耦合设计17-19
• 1.4. 宏微双驱动平台的去耦合技术19-22
• 1.4.1. 宏微驱动平台的减耦合机械设计19-21
• 1.4.2. 宏微驱动平台的去耦合控制策略21-22
• 1.5. 论文主要研究内容22-23
• 1.6. 本章小结23-24
• 第2章 二维微驱动平台的设计与分析24-48
• 2.1. 二维微驱动平台的总体结构方案设计24-29
• 2.1.1. 二维平面运动机构的组合方式选择24-25
• 2.1.2. 驱动机构的选择25-26
• 2.1.3. 放大机构的选则26-27
• 2.1.4. 导向机构的选择27-29
• 2.2. 二维微驱动平台的结构参数设计计算29-35
• 2.2.1. 杠杆放大机构的设计计算30-31
• 2.2.2. 柔性铰链的设计计算31-35
• 2.3. 二维微驱动平台的ANSYS有限元仿真分析35-47
• 2.3.1. 二维微纳定位平台静态分析36-40
• 2.3.2. 二维微纳定位平台模态分析40-41
• 2.3.3. 加工缺陷对耦合误差的影响41-47
• 2.4. 本章小结47-48
• 第3章 微驱动平台系统的构建及性能测试48-81
• 3.1. 二维微驱动平台系统的理论模型48-50
• 3.2. 微驱动平台系统的构建50-57
• 3.3. 微驱动平台系统的开环性能研究57-67
• 3.3.1. 稳定性测试59
• 3.3.2. 灵敏度测试59-60
• 3.3.3. X方向运动特性实验60-64
• 3.3.4. Y方向运动特性实验64-67
• 3.4. 微驱动平台的系统辨识67-72
• 3.4.1. 微驱动平台X方向的系统辨识69-70
• 3.4.2. 微驱动平台Y方向的系统辨识70-72
• 3.5. 微驱动平台的闭环去耦合控制72-80
• 3.5.1. 微驱动平台X方向控制器设计及其系统仿真74-75
• 3.5.2. 微驱动平台Y方向控制器设计及其系统仿真75
• 3.5.3. 微驱动平台的闭环控制及去耦合实验75-80
• 3.6. 本章小结80-81
• 第4章 宏微双驱动平台系统的构建及去耦合技术81-92
• 4.1. 宏微双驱动平台的控制方法研究81-83
• 4.1.1. 宏微双驱动协调控制策略81-83
• 4.2. 宏驱动平台定位精度测试83-87
• 4.3. 宏微驱动平台的多点定位控制流程87-89
• 4.4. 宏微驱动平台的多点定位及去耦合实验89-91
• 4.5. 本章小结91-92
• 第5章 结论与展望92-94
• 5.1. 结论92-93
• 5.2. 展望93-94
• 参考文献94-97

【参考文献】

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