壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)的微位移工作臺(tái)建模與控制技術(shù)研究.pdf

1、精密定位技術(shù)是精密制造、精密測(cè)量和精密驅(qū)動(dòng)中的關(guān)鍵技術(shù)之一。本文以壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)的微位移工作臺(tái)為研究對(duì)象，結(jié)合浙江省自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目“基于壓電的納米級(jí)工作臺(tái)系統(tǒng)智能化控制方法的研究”(No.502021)，積極吸收相關(guān)學(xué)科的新思想、新理論和新技術(shù)，采用理論研究、計(jì)算仿真和試驗(yàn)研究相結(jié)合的方法，對(duì)壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器遲滯非線性建模技術(shù)、柔性鉸鏈微位移平臺(tái)的設(shè)計(jì)和建模技術(shù)以及微位移工作臺(tái)殘余振蕩消除和穩(wěn)態(tài)誤差控制技術(shù)進(jìn)行了研究。 第一章

2、闡述了精密定位技術(shù)的研究意義，分析了壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)的微位移工作臺(tái)關(guān)鍵技術(shù)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?jī)?nèi)容、技術(shù)路線及創(chuàng)新點(diǎn)。 第二章分析了壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)的微位移工作臺(tái)主要構(gòu)成。研究了基于壓電效應(yīng)的多層壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器基本特點(diǎn)及其靜、動(dòng)態(tài)特性；在分析壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器遲滯非線性建模技術(shù)的基礎(chǔ)上，重點(diǎn)研究了Preisach建模技術(shù)及Preisach建模過程，分析了基于雙線性插值和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的Preisach函數(shù)求解方法。本

3、章最后對(duì)比了兩種經(jīng)典平行四桿機(jī)構(gòu)的優(yōu)缺點(diǎn)。本章內(nèi)容為本文后幾章的研究工作提供基礎(chǔ)。 第三章分析了統(tǒng)計(jì)學(xué)習(xí)理論和支持向量機(jī)及其回歸算法，提出了一種利用最小二乘支持向量機(jī)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(dòng)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(luò)Preisach模型進(jìn)行試驗(yàn)對(duì)比，發(fā)現(xiàn)LS-SVMR與Preisach混合模型能夠更準(zhǔn)確的描述壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器遲滯非線性。 第四章首先對(duì)比了單和雙平行四桿機(jī)構(gòu)的力、位移以及應(yīng)力關(guān)系，在汲取兩種經(jīng)典結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)，擯棄其缺點(diǎn)的基礎(chǔ)上，構(gòu)建了一種具有無(wú)耦合位移、低集中應(yīng)力和大位移特點(diǎn)的復(fù)合平行四桿原理機(jī)構(gòu)，有限元仿真證明了該設(shè)計(jì)的合理性。其次，為評(píng)價(jià)環(huán)境振動(dòng)對(duì)微位移平臺(tái)動(dòng)態(tài)性能的影響，研究了基于拉格朗日方程的工作臺(tái)建模方法，建立

5、了微位移平臺(tái)動(dòng)態(tài)特性的解析模型，有限元仿真和沖擊試驗(yàn)表明該解析模型較好的描述了微位移工作臺(tái)的動(dòng)態(tài)特性。本章最后根據(jù)復(fù)合平行四桿原理機(jī)構(gòu)，設(shè)計(jì)了低應(yīng)力無(wú)耦合位移二維微位移平臺(tái)，分析了加工因素對(duì)微位移平臺(tái)精度的影響并研制了二維微位移平臺(tái)。 第五章首先分析了輸入整形技術(shù)及輸入整形器設(shè)計(jì)方法；根據(jù)工作臺(tái)特點(diǎn)利用脈沖響應(yīng)法設(shè)計(jì)了四脈沖輸入整形器，并對(duì)其殘余振蕩消除效果進(jìn)行了試驗(yàn)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(shù)和壓電

6、陶瓷驅(qū)動(dòng)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(yīng)速度。最后，為滿足高精度閉環(huán)控制的要求，本章設(shè)計(jì)雙前饋補(bǔ)償?shù)腜ID參數(shù)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)自整定的分時(shí)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(tái)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(dòng)的微位移工作臺(tái)測(cè)控系統(tǒng)，并對(duì)工作臺(tái)的工作特性進(jìn)行了試驗(yàn)測(cè)試。分析了影響