基于双闭环反馈的精密工作台设计

发布时间：2017-09-04 03:17

  本文关键词：基于双闭环反馈的精密工作台设计

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【摘要】：现代工业生产中，精密工作台被广泛的应用到了航天航空、通信、医疗、天文、军事、生物研究、高精度测量等科技领域。精密定位工作台是精密加工和制作精密仪器的关键，精密工作台的精度决定了测量和生产的产品的精度。可以看出精密定位工作台在高精度仪器和尖端测量中有着决定性的位置。精密工作台的各项技术指标代表国家精密领域的发展水平，也是各国高科技发展水平的一项重要衡量标准。本研究就是从这一生产实际问题出发，采用双闭环反馈控制方法，在利用现在很普遍的光栅测量和控制系统的基础上，增加压电陶瓷与压电陶瓷信号采集系统组成的二级闭环控制系统，能使精密工作台的定位精度达到纳米级。 本设计将以具有较大量程的滚珠丝杆为基础导轨平台，步进电机为驱动装置，光栅尺传感器为反馈装置，搭建底层粗工定位平台。输入相应信号，，步进电机驱动滚珠丝杆导轨进行移动，再利用光栅尺检测实际位移，转换为位移电信号，进行反馈，以矫正电机位移准确性，从而实现了大量程的基础上达到一定定位精度的粗动定位。 上层精动定位工作台将以压电陶瓷驱动器为驱动装置，压电陶瓷驱动器的信号采集处理电路为反馈装置，搭建高精度定位工作台。利用压电陶瓷的逆压电效应，可将输入的位移信号转化为相应的实际位移，压电陶瓷位移精度往往较高，为系统定位精度提供了基础。将位移信号传输给压电陶瓷驱动器，产生相应的实际位移，再由信号采集处理电路对其位移实际量进行检测并进行反馈，反馈信号再重新输入给压电陶瓷驱动器，直到达到设定位移相同，定位工作台停止工作。从而精动定位平台实现可高精度的位移定位。再将两层工作台系统结合起来从而可以实现本设计要求的大量程、高精度的测量和定位。
【关键词】：光栅尺 压电陶瓷驱动器 闭环控制 步进电机
【学位授予单位】：哈尔滨理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TH702
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第1章 绪论10-15
• 1.1 课题研究的背景和意义10-11
• 1.1.1 课题来源10
• 1.1.2 课题研究的背景和意义10-11
• 1.2 精密定位工作台的国内外研究现状11-14
• 1.2.1 国外研究现状11-13
• 1.2.2 国内研究现状13-14
• 1.3 课题的研究内容14-15
• 第2章 精密工作台的方案研究与搭建15-24
• 2.1 粗动工作台的搭建15-21
• 2.1.1 粗动工作台承载装置16
• 2.1.2 粗动工作台驱动装置16-20
• 2.1.3 粗动工作台位移检测装置20-21
• 2.2 精动定位工作台方案研究和搭建21-23
• 2.2.1 精动工作台方案研究21-23
• 2.2.2 精动工作台的系统结构23
• 2.3 本章小结23-24
• 第3章 压电陶瓷原理特性分析及驱动控制24-34
• 3.1 压电陶瓷工作原理24-25
• 3.2 压电陶瓷特性分析25-28
• 3.2.1 迟滞特性25-26
• 3.2.2 非线性特征26
• 3.2.3 蠕变特性26-27
• 3.2.4 温度特性27
• 3.2.5 刚度特性27
• 3.2.6 压电陶瓷误差分析27-28
• 3.3 压电陶瓷驱动器控制策略28-33
• 3.3.1 PID 闭环控制策略28-32
• 3.3.2 电压蠕变模型及控制策略32-33
• 3.3.3 PID 控制器33
• 3.4 本章小结33-34
• 第4章 压电陶瓷驱动器相关设计34-48
• 4.1 压电陶瓷驱动器系统硬件结构34
• 4.2 压电陶瓷驱动器的驱动电源设计34-39
• 4.2.1 压电陶瓷驱动器驱动电源结构34-35
• 4.2.2 D/A 转换电路35
• 4.2.3 功率放大电路35-37
• 4.2.4 电压跟随器37-38
• 4.2.5 快速放电电路38-39
• 4.3 压电陶瓷驱动器反馈系统的整体设计39-46
• 4.3.1 应变片的选择39-40
• 4.3.2 检测电桥电路40-42
• 4.3.3 放大电路42-44
• 4.3.4 滤波电路44-45
• 4.3.5 模数转换电路45-46
• 4.4 系统软件设计46-47
• 4.5 本章小结47-48
• 第5章 仿真及实验结果分析48-51
• 5.1 精动工作台性能测试48-50
• 5.1.1 迟滞性测试48-49
• 5.1.2 动态性能测试49-50
• 5.2 本章小结50-51
• 结论51-52
• 参考文献52-55
• 攻读硕士学位期间所发表的学术论文55-56
• 致谢56

【参考文献】

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本文编号：789030