基于靜電力原理的微小力測(cè)量與控制系統(tǒng).pdf

1、隨著科技的快速發(fā)展,材料等領(lǐng)域的研宄已經(jīng)深入到微米級(jí)和納米級(jí)尺寸,用于微小力測(cè)量的實(shí)驗(yàn)儀器越來(lái)越廣泛的被使用,其在微電子機(jī)械系統(tǒng)、顯微硬度測(cè)試、納米材料研宄和實(shí)驗(yàn)、生物科學(xué)研宄及應(yīng)用等領(lǐng)域發(fā)揮了越來(lái)越重要的作用。由于受到標(biāo)準(zhǔn)砝碼加工技術(shù)等因素的制約,國(guó)內(nèi)可溯源及測(cè)量的最小的力大約為m N級(jí),處于10_3N-10_4N的范圍內(nèi)。因此迫切需要研制出一種使用方便、準(zhǔn)確可靠的微小力計(jì)量測(cè)試儀器,以提供10_5N以下力的計(jì)量。
　　通過(guò)查閱

2、國(guó)內(nèi)外參考文獻(xiàn),對(duì)國(guó)內(nèi)外研宄成果進(jìn)行了對(duì)比,采用差動(dòng)式平行四邊形柔性鉸鏈結(jié)構(gòu),通過(guò)具體的實(shí)驗(yàn)裝置探索并驗(yàn)證了基于靜電場(chǎng)的微小力測(cè)量原理和方案。主要研究?jī)?nèi)容和工作如下:
　　1.基于虛功原理和能量守恒原理推導(dǎo)了利用靜電場(chǎng)復(fù)現(xiàn)微小力的原理,分析了電容式傳感器的要求,并對(duì)不同電容傳感器的結(jié)構(gòu)、形狀和尺寸進(jìn)行了對(duì)比,利用Ansoft建立了同軸圓柱形電容傳感器的仿真模型,并對(duì)電場(chǎng)和電勢(shì)的分布以及電容值的大小進(jìn)行了仿真。
　　2.討論了

3、測(cè)量系統(tǒng)中彈性敏感元件的要求,并利用AnsysWorkbench對(duì)平行四邊形柔性機(jī)構(gòu)的剛度和振動(dòng)模態(tài)進(jìn)行了仿真,針對(duì)平行四邊形柔性機(jī)構(gòu)的蠕變特性提出了差動(dòng)結(jié)構(gòu)。
　　3.介紹了系統(tǒng)的測(cè)量方案,分析了系統(tǒng)組成中各個(gè)主要模塊的功能,根據(jù)測(cè)量需求設(shè)計(jì)了相應(yīng)的軟件。
　　4.通過(guò)系統(tǒng)辨識(shí)的方法建立了平行四邊形柔性鉸鏈的數(shù)學(xué)模型,包括模型階次以及模型參數(shù)的辨識(shí)。根據(jù)系統(tǒng)實(shí)際的控制需求采用了自校正PID控制算法完成對(duì)平衡待測(cè)力所需輸出電