直線超聲電機(jī)驅(qū)動(dòng)的精密平臺及其控制方法研究.pdf

1、隨著精密工程若干領(lǐng)域的快速發(fā)展，對其關(guān)鍵技術(shù)之一，精密定位技術(shù)的需求也日益增長，它要求系統(tǒng)具有微/納米尺度的重復(fù)定位精度及分辨率。
　　 直線超聲電機(jī)是利用壓電陶瓷的逆壓電效應(yīng)激發(fā)彈性體的超聲振動(dòng)，通過定子和動(dòng)子間的摩擦作用，把彈性體的微幅振動(dòng)轉(zhuǎn)換成動(dòng)子宏觀的直線運(yùn)動(dòng)，直接推動(dòng)負(fù)載，因其響應(yīng)快、斷電自鎖、無需運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)，故將其應(yīng)用于精密定位平臺，可獲得極高的定位精度及分辨率。
　　 本文以改進(jìn)后的直線超聲電機(jī)為驅(qū)動(dòng)部件

2、，選用高精度的直線滾動(dòng)導(dǎo)軌和高分辨率的光柵編碼器，搭建了結(jié)構(gòu)簡單、導(dǎo)向精度高、精度保持性好的直線精密平臺。
　　 在平臺的軟硬件方面，采用TMS320F2812DSP作為核心控制器，PC機(jī)作為上位機(jī)，利用上下位機(jī)間的串行通訊搭建起了完整的測控平臺。根據(jù)平臺不同動(dòng)作，設(shè)計(jì)了異步串行通訊協(xié)議，并以LabVIEW作為開發(fā)平臺，設(shè)計(jì)了具備多種功能的上位機(jī)操作界面，下位機(jī)DSP也進(jìn)行了相應(yīng)的程序開發(fā)，包括串行通訊和電機(jī)實(shí)時(shí)控制。
　

3、　 在平臺的位置精確控制上，首先應(yīng)用了較為成熟的PID控制算法，發(fā)現(xiàn)其無法達(dá)到理想的控制目標(biāo)—準(zhǔn)、穩(wěn)、快和魯棒性強(qiáng)；繼而通過理論和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析，發(fā)現(xiàn)了問題在于平臺的慣性位移過大；為了解決慣性位移問題，借助直線超聲電機(jī)在極短脈沖激勵(lì)下運(yùn)行高分辨率的優(yōu)勢，本文提出了微步控制的思想，并將其融合于PID控制中，最終使系統(tǒng)達(dá)到了非常好的控制品質(zhì)，實(shí)現(xiàn)了平臺運(yùn)行的控制目標(biāo)。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，在0.5μm光柵精度的控制中，平臺在不同行程下的重復(fù)定位精度