壓電陶瓷驅(qū)動的運(yùn)動平臺建模與控制研究.pdf

1、柔性電子制造是智能制造科學(xué)研究的前沿領(lǐng)域。精密定位和運(yùn)動控制技術(shù)作為柔性電子制造中的關(guān)鍵技術(shù)之一，在工業(yè)生產(chǎn)和科學(xué)研究中占有重要地位。作為精密運(yùn)動的執(zhí)行載體，壓電陶瓷驅(qū)動的運(yùn)動平臺具有納米級分辨率、較大的輸出力、高頻響、高能量密度、無回程間隙以及無機(jī)械摩擦等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于精密制造/裝備中。然而，作為一種極性材料，壓電陶瓷本身固有的遲滯、溫度、蠕變和動態(tài)頻率等非線性行為特性，直接影響到精密定位系統(tǒng)的跟蹤和定位性能，給精密定位和操作帶來

2、了困難和挑戰(zhàn)。
　　本論文將結(jié)合柔性電子跨尺度噴印制造的工藝需求，以壓電陶瓷驅(qū)動的運(yùn)動平臺為研究對象，在介觀尺度下，對壓電陶瓷驅(qū)動的運(yùn)動平臺的建模和控制技術(shù)進(jìn)行系統(tǒng)研究。具體研究內(nèi)容如下：
　　首先，立足于實(shí)驗(yàn)，對壓電陶瓷固有的非線性特性進(jìn)行研究；運(yùn)用壓電陶瓷晶體的電疇反轉(zhuǎn)原理分析了遲滯特性產(chǎn)生的原因；基于熱力學(xué)唯象理論推導(dǎo)了壓電陶瓷晶體電疇轉(zhuǎn)向過程中的能量關(guān)系，結(jié)合實(shí)驗(yàn)分析了遲滯產(chǎn)生過程中的自由能關(guān)系。
　　其次，建

3、立了運(yùn)動平臺的遲滯非線性模型，給出了模型存在的參數(shù)約束條件；應(yīng)用改進(jìn)粒子群算法解決了遲滯模型的參數(shù)辨識問題；改進(jìn)和優(yōu)化后的遲滯模型可以解決運(yùn)動平臺遲滯曲線中心不對稱的問題，可大幅提高模型精度。
　　最后，詳細(xì)研究了運(yùn)動平臺遲滯行為的逆補(bǔ)償控制方法和振動抑制策略，使系統(tǒng)輸出更加平滑且近似線性化，為設(shè)計高級控制系統(tǒng)創(chuàng)造了條件；設(shè)計了二階超螺旋滑模控制系統(tǒng)并證明了控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性和收斂性；結(jié)合開環(huán)前饋補(bǔ)償控制系統(tǒng)構(gòu)建了閉環(huán)混合控制系統(tǒng)，