壓電陶瓷驅(qū)動的微位移工作臺建模與控制技術研究.pdf

1、精密定位技術是精密制造、精密測量和精密驅(qū)動中的關鍵技術之一。本文以壓電陶瓷驅(qū)動的微位移工作臺為研究對象，結(jié)合浙江省自然科學基金資助項目“基于壓電的納米級工作臺系統(tǒng)智能化控制方法的研究”(No.502021)，積極吸收相關學科的新思想、新理論和新技術，采用理論研究、計算仿真和試驗研究相結(jié)合的方法，對壓電陶瓷驅(qū)動器遲滯非線性建模技術、柔性鉸鏈微位移平臺的設計和建模技術以及微位移工作臺殘余振蕩消除和穩(wěn)態(tài)誤差控制技術進行了研究。 第一章

2、闡述了精密定位技術的研究意義，分析了壓電陶瓷驅(qū)動的微位移工作臺關鍵技術的研究現(xiàn)狀及其存在的問題，最后給出了本文的主要研究內(nèi)容、技術路線及創(chuàng)新點。 第二章分析了壓電陶瓷驅(qū)動的微位移工作臺主要構(gòu)成。研究了基于壓電效應的多層壓電陶瓷驅(qū)動器基本特點及其靜、動態(tài)特性；在分析壓電陶瓷驅(qū)動器遲滯非線性建模技術的基礎上，重點研究了Preisach建模技術及Preisach建模過程，分析了基于雙線性插值和神經(jīng)網(wǎng)絡的Preisach函數(shù)求解方法。本

3、章最后對比了兩種經(jīng)典平行四桿機構(gòu)的優(yōu)缺點。本章內(nèi)容為本文后幾章的研究工作提供基礎。 第三章分析了統(tǒng)計學習理論和支持向量機及其回歸算法，提出了一種利用最小二乘支持向量機回歸法(LS-SVMR：least squares support vector machine regression)求解Preisach函數(shù)的新方法，建立了壓電陶瓷驅(qū)動器遲滯非線性LS-SVMR與Preisach混合模型。通過與雙線性插值Preisach模型、B

4、P神經(jīng)網(wǎng)絡Preisach模型進行試驗對比，發(fā)現(xiàn)LS-SVMR與Preisach混合模型能夠更準確的描述壓電陶瓷驅(qū)動器遲滯非線性。 第四章首先對比了單和雙平行四桿機構(gòu)的力、位移以及應力關系，在汲取兩種經(jīng)典結(jié)構(gòu)的優(yōu)點，擯棄其缺點的基礎上，構(gòu)建了一種具有無耦合位移、低集中應力和大位移特點的復合平行四桿原理機構(gòu)，有限元仿真證明了該設計的合理性。其次，為評價環(huán)境振動對微位移平臺動態(tài)性能的影響，研究了基于拉格朗日方程的工作臺建模方法，建立

5、了微位移平臺動態(tài)特性的解析模型，有限元仿真和沖擊試驗表明該解析模型較好的描述了微位移工作臺的動態(tài)特性。本章最后根據(jù)復合平行四桿原理機構(gòu)，設計了低應力無耦合位移二維微位移平臺，分析了加工因素對微位移平臺精度的影響并研制了二維微位移平臺。 第五章首先分析了輸入整形技術及輸入整形器設計方法；根據(jù)工作臺特點利用脈沖響應法設計了四脈沖輸入整形器，并對其殘余振蕩消除效果進行了試驗研究。其次，為滿足開環(huán)控制的需要，研究了基于輸入整形技術和壓電

6、陶瓷驅(qū)動器遲滯非線性LS-SVMR與Preisach混合模型的雙前饋控制，消除了開環(huán)控制中的殘余振蕩，提高了響應速度。最后，為滿足高精度閉環(huán)控制的要求，本章設計雙前饋補償?shù)腜ID參數(shù)神經(jīng)網(wǎng)絡自整定的分時反饋混合控制器，該控制器能夠有效地消除殘余振蕩和減小穩(wěn)態(tài)誤差，提高了微位移工作臺的定位精度。 第六章利用LabVIEw和MATLAB混合編程，構(gòu)建了壓電陶瓷驅(qū)動的微位移工作臺測控系統(tǒng)，并對工作臺的工作特性進行了試驗測試。分析了影響