面向纳米扫描的柔性微动平台建模与跟踪控制

发布时间：2021-11-05 09:06

　　以扫描探针显微镜和激光扫描共聚焦显微镜等为代表的超精密科学检测仪器是人类探索微观世界的基础工具,在纳米科技的诸多分支学科中具有不可替代的作用。随着纳米科技领域对检测精度的要求不断提高,其对柔性微动平台的动态扫描精度要求也越来越高。与强调重复定位精度等“静态”性能的纳米定位技术不同,纳米扫描更强调对特定轨迹/轮廓的超精密跟踪以及瞬态响应等“动态”运动性能,并往往需要更大的行程和更高的运动速度。这对压电柔性微动平台的结构设计、精确建模与精密跟踪控制均提出了极大的挑战。针对上述挑战,本文以面向纳米扫描应用的压电柔性微动平台为研究对象,围绕柔性机构建模、精密跟踪控制与实验研究三个层次展开研究。从柔性机构的变形机理入手,深入研究柔性位移放大机构和运动导向机构的建模方法,建立描述柔性微动平台运动特性的精确数学模型。在此基础上,研究面向纳米扫描的并联内模与重复控制等超精密跟踪控制算法,并进一步通过引入与其结构相匹配的抗饱和补偿单元,全面提高压电柔性微动平台的动态跟踪性能。最后,基于搭建的纳米伺服控制实验系统,通过实验测试和评估所提出的控制方法的有效性。主要研究内容如下:首先,针对柔性微动平台中保证运... 

【文章来源】：山东大学山东省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：162 页

【学位级别】：博士

【部分图文】：

图１－２激光扫描共焦显微镜工作原理［９］??器密运动

柔性铰链是一种利用材料弹性变形传递力和运动的新型机构，无摩擦和运??动间隙，因而具有超高的位移分辨率和运动精度［ｎ］。最常见的柔性铰链为如??图１－４所示的具有圆弧、矩形和椭圆形状的切口型柔性铰链，其切口处较为薄弱，??－４－??

需要指出的是，切口型柔性铰链具有结构紧凑、运动精度高的特点，但是，??其只能允许很小的相对转角位移，限制了其在超精密测量、加工等领域的应用。??而图１－５所示的柔性板簧（叶型柔性铰链）Ｉ３７－３％和其传统切口型柔性铰链相??比，具有较大的变形能力，但却容易导致寄生位移。因此，为同时满足运动精??度和行程的需求，柔性微动平台往往由切口型柔性铰链和柔性板簧两种柔性单??元组合而成。??Ｌ＿±｜ｉ?Ａ??图１－５叶型柔顺铰链［３８３９］??１．２．３柔性位移放大机构??构成柔性微动平台的柔性机构，从功能上可以分为两类：保证运动范围的??位移放大机构和保证运动精度的位移导向机构。目前，在柔性微动平台的结??－５－??

【参考文献】：
期刊论文
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博士论文
[1]压电驱动纳米定位平台的高带宽控制理论和方法研究[D]. 杨梅菊.上海交通大学 2015
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本文编号：3477505