检索结果-内蒙古大学图书馆

天津大学学报 2007年第7期40卷 821-826页

作者：权哲浩林玉池赵美蓉齐永岳天津大学精密测试技术及仪器国家重点实验室

设计了一种基于尺蠖运动原理的大行程纳米级步距压电微动台,变传统单驱动器结构为双驱动器结构,采用"推-拉"接力运动原理,实现了大的驱动力与行程.利用有限元方法对压电微动台的结构和静、动态特性进行了研究.实验结果表明,... 详细信息

设计了一种基于尺蠖运动原理的大行程纳米级步距压电微动台,变传统单驱动器结构为双驱动器结构,采用"推-拉"接力运动原理,实现了大的驱动力与行程.利用有限元方法对压电微动台的结构和静、动态特性进行了研究.实验结果表明,压电微动台的运动范围为11 mm,稳定性好,载物力可以达到24.5 N,最小步距小于20 nm.

关键词：压电微动台尺蠖运动有限元分析静态特性动态特性

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大行程纳米级步进压电微动台的特性研究

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传感器与微系统 2008年第2期27卷 39-41,45页

作者：权哲浩林玉池赵美蓉李光鲜齐永岳天津大学精密测试技术及仪器国家重点试验室天津300072 金日成综合大学物理学院

运用有限元分析方法,建立纳米级步进压电微动台的实体模型并进行了仿真计算,考察了结构参数对步进型压电微动台性能的影响,得到了压电微动台的固有频率和振型。采用正交实验法设计结构参数,分析了不同因素对压电微动台的固有频率和振动... 详细信息

运用有限元分析方法,建立纳米级步进压电微动台的实体模型并进行了仿真计算,考察了结构参数对步进型压电微动台性能的影响,得到了压电微动台的固有频率和振型。采用正交实验法设计结构参数,分析了不同因素对压电微动台的固有频率和振动幅值的影响,得到了影响二者之比的4个因素的最优设计参数。根据逐步回归分析的方法建立了结构设计参数的数学模型,从而定量地分析各自变量与一阶固有频率之间的关系。

关键词：压电微动台有限元分析尺蠖运动正交实验法逐步回归

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纳米级步进压电微动台结构设计与性能分析研究

纳米级步进压电微动台结构设计与性能分析研究

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作者：权哲浩天津大学

学位级别：博士

作为纳米技术中的关键环节,步进压电精密驱动技术是现代精密驱动技术中的热门研究领域之一,并且正在朝着高精度、高分辨率的方向加以提高,一些新方法、新原理和新技术不断涌现出来。本文对外驱动和内驱动两种驱动方式的步进压电微动台... 详细信息

作为纳米技术中的关键环节,步进压电精密驱动技术是现代精密驱动技术中的热门研究领域之一,并且正在朝着高精度、高分辨率的方向加以提高,一些新方法、新原理和新技术不断涌现出来。本文对外驱动和内驱动两种驱动方式的步进压电微动台的工作原理、运动方式及动力学模型进行了详细地分析和研究。设计了外驱动型和内驱动型纳米级步进压电微动台的结构,外驱动型微动台以采用新颖的“推-拉”原理为基础,通过合理安排驱动器的位置,将压电陶瓷的驱动力直接加载在微动平台,从而保证系统的刚度,获得较大驱动力和行程。提出了一种新型STM样品移送系统的扫描隧道显微镜机械结构并设计了该系统的内驱动型微动台结构。建立了压电微动台的动力学结构模型,并对其夹紧机构和驱动机构的受力情况进行了理论分析。采用有限元分析软件ANSYS,进行了压电微动台的静、模态特性分析,得出了步进压电微动台位移、应力分布、驱动能力、固有频率和振型。对外驱动型微动台的结构进行仿真计算,分析了结构参数对步进压电微动台特性的影响,得到了压电微动台的固有频率和振型。通过正交试验法,得到了影响固有频率和振动幅值的最优条件,其中微动台导轨宽度的影响较大,最优的设计参数为:载物台高10mm,壁厚5mm,导轨宽55mm,从底座到连接块的高4.4mm。通过逐步回归分析方法,建立外驱动型步进压电微动台的4个因素和第一阶固有频率之间的的最优回归方程,该定量分析对纳米级步进压电微动台的设计和控制具有重要价值。完成了压电微动台驱动控制系统的设计,研制了抗干扰、控制方便的压电陶瓷驱动电源。通过对外驱动型微动台的各个参数进行了详细的试验测量,验证了动力学模型和有限元分析结果,满足纳米级的微位移、较大驱动力和行程的要求。该微动台的重复性实验结果较好,获得了匀速连续稳定的运动。该微动台具有大行程纳米测量机等好的实际应用前景。建立了STM微动台实验控制电路,对内驱动型微动台通过实验,验证了有限元分析结果,可以满足纳米级的微位移系统的要求,具有较大驱动力和行程。该微动台的载物力约为16.7N,步进频率50Hz时速度达到26.4μm/s,分辨率为驱动电压10V时约为8.84nm,在14mm的整个行程范围内具有较好的大行程稳定性。该微动台被运用在STM系统,实现了对原子实空间图像的观察。分析了附加因素对该驱动器的影响,针对这些因素的影响提出了相应的解决办法和措施。

关键词：压电微动台纳米技术有限元分析结构设计正交实验

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基于Bouc-Wen类迟滞模型的压电微动台建模

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传感器与微系统 2017年第6期36卷 26-27,31页

作者：杨晓京彭芸浩李尧昆明理工大学机电工程学院云南昆明650504

针对压电微动台驱动时,由压电陶瓷产生的迟滞现象,提出了一种迟滞模型。基于Bouc-Wen迟滞模型的基本思想,并针对Bouc-Wen迟滞模型进行了优化改进,大大降低了模型参数的辨识难度,缩短了运算时间,保证了模型的较高精度要求。为了验证模型... 详细信息

针对压电微动台驱动时,由压电陶瓷产生的迟滞现象,提出了一种迟滞模型。基于Bouc-Wen迟滞模型的基本思想,并针对Bouc-Wen迟滞模型进行了优化改进,大大降低了模型参数的辨识难度,缩短了运算时间,保证了模型的较高精度要求。为了验证模型的正确性,运用相关的实验设备对模型进行了实验验证。结果表明:改进后的模型定位误差为0.1866μm,最大相对误差为0.467%,验证了模型具有较高的精度以及该迟滞模型的可行性,为后续压电微动台控制器的设计提供了一种可行方案。

关键词：压电微动台 Bouc-Wen模型压电迟滞建模

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压电微动台数据驱动迭代前馈补偿与自适应抑振

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光学精密工程 2024年第6期32卷 833-842页

作者：王雯雯赖磊捷李朋志朱利民上海工程技术大学机械与汽车工程学院上海201620 格鲁斯特大学计算与工程学院英国切尔滕纳姆G L502RH 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所吉林长春130033 上海交通大学机械与动力工程学院机械系统与振动国家重点实验室上海200240

为消除压电驱动柔性微定位平台高精控制对平台不确定动力学模型的依赖性,提出了一种数据驱动无模型迭代前馈补偿和自适应陷波滤波结合的控制方法来提高平台的跟踪性能。首先,建立了数据驱动无模型迭代前馈控制器,提高系统对噪声和其他... 详细信息

为消除压电驱动柔性微定位平台高精控制对平台不确定动力学模型的依赖性,提出了一种数据驱动无模型迭代前馈补偿和自适应陷波滤波结合的控制方法来提高平台的跟踪性能。首先,建立了数据驱动无模型迭代前馈控制器,提高系统对噪声和其他干扰的鲁棒性,同时,证明了在无模型迭代前馈作用下,连续参考输入跟踪误差的有界性和闭环系统的稳定性;其次,构建了自适应陷波滤波器来消除平台谐振的影响,对误差信号进行快速傅里叶变换,并设计谐振频率在线提取算法,实现对陷波滤波器参数的在线实时整定,来进一步提升轨迹跟踪精度;最后,利用所设计的无模型迭代前馈控制器和自适应陷波滤波器对压电微动台进行轨迹跟踪实验。实验结果表明:在跟踪三角波信号时,与单独比例-积分(Proportional Integral,PI)控制和结合自适应陷波滤波器的PI控制相比较,最大跟踪误差分别减小78.25%和70.83%,能够有效提升平台的稳定性和跟踪精度。

关键词：压电微动台数据驱动迭代前馈在线谐振抑制自适应陷波滤波器

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大行程纳米测量机关键技术的研究

大行程纳米测量机关键技术的研究

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作者：齐永岳天津大学

学位级别：博士

本文所研究的纳米测量机主要由纳米微位移运动机构和纳米测量控制系统两部分组成，其中纳米微位移运动机构包括纳米级步距压电微动台、驱动控制系统及压电陶瓷驱动电源;纳米测量控制系统包括8倍频耦合差动式激光干涉系统、光电信号调理... 详细信息

本文所研究的纳米测量机主要由纳米微位移运动机构和纳米测量控制系统两部分组成，其中纳米微位移运动机构包括纳米级步距压电微动台、驱动控制系统及压电陶瓷驱动电源;纳米测量控制系统包括8倍频耦合差动式激光干涉系统、光电信号调理电路及信号处理系统。本文的主要研究内容如下:\n 1、压电微动台的设计研究\n 采用基于尺蠖运动原理的纳米级步距压电微动台作为纳米定位机构，在结构设计方面，变传统的单驱动器为双驱动器结构，选取平台式结构以增强其实用性并尽可能减小外形尺寸，根据新颖的推-拉接力运动原理，配以适当的四路驱动信号，实现了压电微动台的连续平稳的运动。在压电材料的选择上进行了比较论证，提出了加工精度、配合间隙、绝缘技术等对压电微动台功能实现的关键。\n 2、驱动控制系统及压电陶瓷驱动电源的设计研究\n 以C8051F系列单片机为核心设计了压电微动台驱动控制系统，为压电微动台提供四路具有一定相位差的驱动信号，避免了微动台运动过程中的悬空状态，也保证了压电微动台在不同频率和电压下进行工作，并实现了整个系统的闭环控制。分析了压电陶瓷驱动电源的作用原理，根据压电陶瓷驱动电源的设计要求，采用直接稳压和直流放大式原理实现了具体电路，并对该电源进行了相关参数的测试。\n 3、8倍频耦合差动式激光干涉系统的研究\n 根据干涉系统设计的基本思想，提出了一套新颖的8倍频耦合差动式激光干涉系统，其结构具有简洁紧凑、光路布局对称性好、光程差倍增、符合阿贝原则和结构变形最小原则，不存在死光程及抗干扰能力强等特点，和普通的迈克尔逊干涉仪相比，该系统拥有更高的分辨率和稳定性。详细介绍了系统中各光学元件的特性参数，指出了光路调节中的关键技术。对整个纳米级精度激光干涉位移测量系统的精度进行分析，指出影响系统精度的误差源，并提出减小或补偿相应误差的方法，对整个系统的精度在理论分析的基础上进行估算。\n 4、干涉信号处理系统的研究\n 针对干涉信号中存在的非正交误差、不等幅误差、直流电平误差(简称三差)以及这三种误差对细分精度的影响进行了分析，并利用以Heydemann模型为基础的修正方法完成了对以上三种误差的补偿，从而保证了细分精度;根据多点拟合三差的原理，针对干涉仪的使用特点，提出了减小三差拟合运算的新算法，大大加快了运算速度;设计了以C8051F系列单片机为核心的硬件电路，同时实现了实时动态补偿及位移量的计算。\n 5、系统实验研究与结果分析\n 系统实验包括两个部分:第一部分包括压电微动台平均步距测试及闭环控制测试等，并对实验结果进行必要分析;第二部分采用比对的方法对激光干涉系统进行检测，在获取大量测量数据的基础上，利用线性回归的方法对侧量结果进行处理，得出干涉系统输出与电容测微仪模拟信号输出之间的线性关系，对测量精度做出估算。

关键词：纳米测量机三坐标测量机压电微动台驱动控制系统激光干涉系统信号处理系统

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航空光电载荷视轴稳定宽频带高精度控制方法研究

航空光电载荷视轴稳定宽频带高精度控制方法研究

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作者：王中石中国科学院大学(中国科学院长春光学精密机械与物理研究所)

学位级别：博士

航空光电载荷的机动性强、时效性好、分辨率高,能够对目标进行侦察探测、瞄准跟踪、目标定位和辐射测量,具有广泛的军事用途。航空光电载荷通过光学成像方式获取目标的图像或视频,光电载荷的视轴稳定精度和带宽有利于成像清晰。近年来,... 详细信息

航空光电载荷的机动性强、时效性好、分辨率高,能够对目标进行侦察探测、瞄准跟踪、目标定位和辐射测量,具有广泛的军事用途。航空光电载荷通过光学成像方式获取目标的图像或视频,光电载荷的视轴稳定精度和带宽有利于成像清晰。近年来,随着载机飞行速度越来越快,光电载荷探测距离越来越远,对光电载荷的视轴稳定精度和带宽要求也越来越高,因此,研究高精度、宽频带的视轴稳定控制方法具有重要的工程应用价值。本学位论文以惯性传感器捷联的航空光电载荷(以下称为捷联式航空光电载荷)为对象,深入研究视轴惯性稳定控制方法,旨在提高航空光电载荷视轴稳定精度和带宽,扩展航空光电载荷在先进航空装备中的应用。针对具有粗精二级稳定的光电载荷控制系统,分别研究基于框架伺服的粗稳定和基于压电微动台的精稳定的控制方法,具体从以下四方面展开研究:(1)为了有效扩展航空光电载荷视轴稳定控制系统带宽,利用基座的惯性运动信息,本文以捷联式航空光电载荷的框架伺服系统为研究对象,基于多刚体动力学理论,建立了捷联式航空光电载荷框架伺服模型。针对基座安装结构效应和基座与负载耦合效应易引起捷联惯性稳定控制系统振荡的问题,分析了常规机电模型未考虑基座动力学特性的局限,进而结合所提的动力学模型,通过仿真实验验证了提出的模型的有效性。(2)为了有效补偿框架伺服系统的扰动,本文分析了航空光电载荷的多源扰动和抗扰的必要性。将摩擦力矩和基座与负载的耦合力矩看成一种类摩擦力矩,通过等价变换,建立了类摩擦力矩模型。根据上述类摩擦力矩模型,设计了基于干扰模型前馈,基于干扰模型反馈和基于干扰观测的三种扰动补偿方法。最后,通过实验,给出了类摩擦力矩模型的参数辨识步骤和验证过程。在不同频率的指令输入条件下,对比了多种干扰补偿方法的速度误差,总结了各种扰动补偿方法的特点。(3)为了实现具有抑制振荡和补偿干扰的控制器,针对类摩擦力矩,结合捷联式航空光电载荷动力学模型,基于三步法设计了捷联惯性稳定控制器,包含改进的反馈控制器,基于基座角速度及角加速度的前馈控制器和复合扰动补偿控制器。其中,改进的反馈控制器是为了抑制捷联式惯性稳定控制系统可能产生的振荡;基于基座角速度及角加速度的前馈控制器有效的提升了控制系统的动态性能;复合扰动观测器采用基于类摩擦模型前馈补偿结合非线性干扰观测器的方法,使控制系统具备了较强的干扰抑制能力。进一步地,本文给出了该控制器的稳定性和收敛性证明,通过多组对比实验,结果表明本文方法在指令跟踪性能和干扰抑制性能方面的有效性及优越性。(4)航空光电载荷框架稳定作为粗稳定通道进行一级稳定后,系统仍然有一定的残余误差。为了实现更高精度和带宽的视轴稳定控制,在一级稳定基础上增加了基于压电微动台的二级稳定系统。针对压电微动台的迟滞非线性特性,基于Bouc-Wen模型和二阶线性系统建立了压电微动台的二阶动态迟滞模型。在此模型基础上,提出一种自适应滑模控制方法,并给出了该控制器的有限时间收敛性证明。该方法在滑模控制基础上增加了自适应控制量,该控制量是一项具有自适应增益的切换函数,通过实时调节切换增益以适应模型及参数的不确定性和突发的外界扰动。最后,通过实验验证了该动态迟滞模型在描述压电微动台非线性特性时的准确性。与比例积分和滑模控制算法对比结果表明,在多种频率的指令输入下,本文算法可以实现最小的位置指令跟踪误差。本文提出的控制算法在嵌入式平台中得到验证,为先进控制算法在航空光电载荷视轴惯性稳定中的应用提供了理论支撑和设计参考。

关键词：航空光电载荷捷联惯性稳定精细抗扰控制二级稳定压电微动台自适应滑模控制

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