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文檔簡(jiǎn)介
1、本文研制了一款以壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)的兩自由度精密定位平臺(tái),并通過靜力學(xué)分析、有限元分析、動(dòng)力學(xué)建模、系統(tǒng)辨識(shí)以及時(shí)變遲滯建模等方法,較全面地研究了兩自由度精密定位平臺(tái)在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、建模以及控制等方面的若干關(guān)鍵技術(shù)問題,取得了如下創(chuàng)新性成果:
建立了一類超靜定對(duì)稱柔性機(jī)構(gòu)的線性柔度與轉(zhuǎn)角柔度的解析模型,并根據(jù)有限元分析結(jié)果對(duì)該解析模型進(jìn)行修正,極大地提高了建模精度。該類超靜定對(duì)稱機(jī)構(gòu)理論上不存在交叉耦合,可作為移動(dòng)副或轉(zhuǎn)動(dòng)副應(yīng)用于精密定
2、位系統(tǒng)。
利用超靜定對(duì)稱柔性機(jī)構(gòu)在不同軸向上剛度差異較大的特性,設(shè)計(jì)了一款壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)的兩自由度精密定位平臺(tái)。該定位平臺(tái)最大行程范圍為8μm×8μm,一階共振頻率為692Hz,且在100Hz以下驅(qū)動(dòng)時(shí)兩軸間交叉耦合量小于2.7%,可精確跟蹤各種二維平面軌跡。
在有限元分析中利用“接觸副”模擬接觸表面,通過調(diào)整參數(shù)研究了接觸剛度的變化對(duì)定位平臺(tái)靜/動(dòng)力學(xué)特性的影響規(guī)律。把接觸剛度作為未知參數(shù)引入系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型,并據(jù)此提
3、出接觸剛度的辨識(shí)方法,通過測(cè)量定位平臺(tái)的一階固有頻率來計(jì)算接觸剛度的實(shí)際值。
提出了一種新的動(dòng)力學(xué)建模思路:將壓電陶瓷的驅(qū)動(dòng)力定義為系統(tǒng)的“虛擬輸入”,并將壓電陶瓷簡(jiǎn)化為具有一定線性剛度的彈性體。該方法可以將壓電陶瓷的非線性特性與系統(tǒng)的線性動(dòng)力學(xué)模型徹底分開,降低建模與辨識(shí)難度。將所有彈性鉸鏈機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)化為無質(zhì)量彈簧,利用狀態(tài)空間法得到平臺(tái)的動(dòng)力學(xué)模型。
時(shí)變的Prandtl-Ishlinskii(PI)模型可精確地描述
4、壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器的遲滯特性,但目前尚無可用于時(shí)變PI模型的通用求逆法則,而強(qiáng)行將現(xiàn)行的求逆法則應(yīng)用于時(shí)變PI模型會(huì)帶來較大的理論建模誤差。鑒于此,提出了一種全新的直接逆模型建模法,該方法直接通過實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)得到時(shí)變的逆PI模型,省去了不必要的求逆過程,大大提高了逆遲滯模型的建模速度與精度。
針對(duì)前饋控制,在已有遲滯補(bǔ)償與蠕變補(bǔ)償?shù)幕A(chǔ)上,增加了解耦控制器,可進(jìn)一步消除定位平臺(tái)兩軸向間的交叉耦合;前置濾波技術(shù)可消除參考軌跡上的高頻分量
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