宏-微兩級(jí)驅(qū)動(dòng)的大行程高精度二維定位平臺(tái)基礎(chǔ)技術(shù)研究.pdf

1、本論文以研究大行程、高精度定位平臺(tái)為主要目的，結(jié)合浙江省科技計(jì)劃(國(guó)際合作)項(xiàng)目“納米級(jí)超精密定位平臺(tái)的研制”(No.2004C24003)，研制了以平面電機(jī)及超磁致伸縮致動(dòng)器為驅(qū)動(dòng)單元，以基于平面電容傳感器的二維位移直接解耦測(cè)量系統(tǒng)為測(cè)量單元的大行程高精度二維定位平臺(tái)，并進(jìn)行了動(dòng)力學(xué)分析、優(yōu)化、控制和相應(yīng)的技術(shù)基礎(chǔ)研究與實(shí)驗(yàn)研究。 第一章闡述了超精密定位平臺(tái)的研究背景與意義，介紹了其中的驅(qū)動(dòng)與測(cè)量技術(shù)，綜合評(píng)述了當(dāng)前國(guó)內(nèi)外超精

2、密定位平臺(tái)大行程驅(qū)動(dòng)方式、兩級(jí)驅(qū)動(dòng)方式以及位移測(cè)量技術(shù)的研究現(xiàn)狀及其發(fā)展趨勢(shì)，重點(diǎn)分析了實(shí)現(xiàn)大行程高精度二維定位的若干基礎(chǔ)技術(shù)。最后給出了論文的主要研究?jī)?nèi)容，闡述了各章節(jié)結(jié)構(gòu)之間的關(guān)系。 第二章研究了超磁致伸縮致動(dòng)器的動(dòng)態(tài)磁滯模型。在致動(dòng)器(準(zhǔn))靜態(tài)磁滯模型的基礎(chǔ)上，結(jié)合渦流阻抗的估算方法，建立了致動(dòng)器在不同頻率下的動(dòng)態(tài)模型；研究了動(dòng)態(tài)模型的數(shù)值計(jì)算方法，并對(duì)仿真與實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比分析。 第三章根據(jù)超磁滯伸縮致動(dòng)器(G

3、MA)微動(dòng)平臺(tái)的磁、機(jī)特性，推導(dǎo)了GMA微動(dòng)平臺(tái)的動(dòng)力學(xué)模型；建立了基于一階有限差分-強(qiáng)跟蹤濾波的擴(kuò)展卡爾曼-布斯濾波方法，對(duì)GMA微動(dòng)平臺(tái)的位移測(cè)量信號(hào)進(jìn)行濾波；并對(duì)所提濾波方法進(jìn)行了仿真分析與實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。 第四章研究了基于磁滯逆補(bǔ)償?shù)某胖律炜s致動(dòng)器自適應(yīng)控制方法。采用二分法數(shù)值求解超磁滯伸縮致動(dòng)器(GMA)(準(zhǔn))靜態(tài)與動(dòng)態(tài)磁滯全逆模型，并將逆模型應(yīng)用于GMA精密定位控制系統(tǒng)的前饋補(bǔ)償環(huán)節(jié)。對(duì)模糊PID控制、廣義最小方差—模糊

4、PID控制以及廣義預(yù)測(cè)PID控制等自適應(yīng)控制算法的控制效率、控制精度進(jìn)行了仿真與實(shí)驗(yàn)研究。利用磁滯前饋逆補(bǔ)償結(jié)合多模廣義預(yù)測(cè)PID控制算法，提高GMA微動(dòng)平臺(tái)的定位精度和起動(dòng)階段的平穩(wěn)性。 第五章針對(duì)二維位移的測(cè)量，提出了基于平面電容傳感器原理、具有直接解耦效果的二維位移測(cè)量方法。對(duì)比了無(wú)限大平行板電容器電容量計(jì)算公式、Hereen模型、MAXWELL靜電場(chǎng)理論以及有限元等四種電容量計(jì)算方法的計(jì)算結(jié)果，在此基礎(chǔ)上計(jì)算了傳感器的靈

5、敏度。最后，結(jié)合靈敏度指標(biāo)對(duì)傳感器的結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行了設(shè)計(jì)。 第六章研制了基于平面電容傳感器的二維位移直接解耦測(cè)量系統(tǒng)。研究了基于平面電容傳感器的二維位移直接解耦測(cè)量系統(tǒng)研制所采用的主要技術(shù)：采用電荷放大器檢測(cè)電路對(duì)傳感器輸出微弱信號(hào)進(jìn)行放大檢測(cè)，以消除PCS分布電容的影響；采用鎖相檢測(cè)原理對(duì)檢出的信號(hào)進(jìn)行相敏解調(diào)，以消除由檢測(cè)電路寄生電容造成的相移：利用研制的傳感器所產(chǎn)生的相位籌為90度的兩路信號(hào)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)辨向、1/4周期計(jì)數(shù)、相位