压电微作动器相位特性分析与改进

误差补偿作动器相位特性等动态性能对补偿控制系统有着非常重要的影响。该文在对压电陶瓷叠堆微位移作动器电压驱动过程分析的基础上，首次给出完整的相位特性分析，分析了影响压电陶瓷微作动器相位特性的三个主要因素及它们相应引起的相位滞后量。计算结果显示出机械结构引起的相位滞后占整个压电微作动器相位滞后量的主要成分。该文分析方法和结果有助于PMDA控制系统优化设计，并使机床误差实时补偿更有效、精密和容易。     

精密可控微位移刀具试验研究

本文利用压电陶瓷逆压电效应研制成功了精密可控微位移刀具。在静动态以及切削试验下效果良好,其线性度、稳定性、回零性和滞后量均达到了理想程度,可以作为执行件用于机床主轴径向误差运动补偿系统中,也可以替代现有精密车床的微进给装置。     

高精密数控机床中840D数控系统双向螺距误差补偿的应用

螺距误差补偿在数控机床的使用中必不可少。随着数控机床精度的不断提升,高精密、超精密数控机床的出现,对螺距误差补偿方面的要求也越来越严格。由于机床零件加工、安装和调整等方面的误差,造成机械正反向传动误差的不一致。在高精密数控机床中,双向运动的不一致性很大程度上制约了机床精度的提升,单向螺距误差补偿已经无法满足机床的精度补偿要求,因此要对机床做双向坐标补偿,以达到坐标正反向运动误差的一致性。但是现在使用的主流数控系统西门子840D没有提供专门的双向螺距误差补偿功能。我们通过对西门子840D系统中的下垂补偿功能的分析研究,找到了一种方法,成功的解决了西门子840D进行双向螺距误差补偿的问题。     

片簧式弹性导轨副微补偿台系统的动态特性分析

通过对ＢＧ １０２分步光刻机微补偿台结构的介绍，从控制的角度分析了该结构的动态性能，并提出了几种改善动态性能的途径，以使微补偿台能够准确精密的定位。     

基于泽尼克多项式系数的大相对孔径表面超精密车削误差的补偿方法

超精密车削误差补偿是提高超精密车削工艺水平的关键技术。首先对超精密车削中的各种误差进行了简单的分析与归纳,指出刀具刃口几何形状误差与机床导轨非线性误差具有相同的表现形式,可以通过车削零件的面形检测结果进行综合补偿。然后,提出了一种根据干涉仪检测结果对上述误差进行高精度补偿的方法,并进行了理论推导。最后的实验结果证明:基于面形误差泽尼克多项式球差及高级球差系数(最高到36项系数)对国产刀具刃口(波纹度误差大于0.2μm)与机床(Nanotech UPL250)系统误差进行综合补偿的方法正确而高效,仅3次补偿循环,即可使一大相对口径实验球面件的面形误差收敛到PV=0.24λ,rms=0.021λ,符合理论推导及计算机模拟的分析。     

基于电容传感器的精密压电微位移系统研究

利用高精度的电容传感器设计了一种带有位移反馈的压电陶瓷精密微位移系统,极大地矫正了压电陶瓷的非线性。设计了高精度的位移检测电路,实时采集电容传感器的电容量并转换成数字信号反馈给DSP,形成位移信息的闭环。结合带有前馈补偿的PID闭环控制策略,矫正压电陶瓷的非线性特性,进而实现微位移系统精密定位。对设计研制的微位移系统进行试验测试,结果表明:位移检测电路的电容分辨率可达0.000 1pF,微位移系统定位精度优于5nm,校正后迟滞误差低于1.0%。     

高速精密采校／保持放大器研究

本文在研究两个高速精密采/保电路器件的基础上，阐述了高速精密采/保电路的设计原理、技术指标及工艺手段，研究中解决的关键技术难点：捕捉时间、增益线性误差、增益误差温度系数，采保台阶调整，保持跌落补偿及器件关键指标的测试方法等，本文还给出了研究实际达到的水平及还存在的问题。     

一维压电式微定位机构的设计研究

针对精密工作台高速、低精度的矛盾,以柔性铰链为导向元件、压电陶瓷为驱动器,研究、设计了一种一维高分辨率压电式微定位机构。由于精密工作台高速运动产生的运动惯量较大,欲实现亚微米级的定位精度是很困难的,因而在精密工作台运行到位后,由微定位机构对检测装置所检测出的定位误差进行补偿,以提高工作台的定位精度;由于压电陶瓷微位移器件输出位移过小,因此提出了一种单自由度对称式柔性铰链放大机构来提高微定位行程。给出了机构的动力学模型,并结合光栅尺检测装置,设计并研制了数字闭环定位控制系统,对微定位机构的定位特性进行了测试。实测结果表明,此微定位系统可实现高分辨率、长行程定位,定位分辨率达0.01μm。     

微位移机构及其在误差补偿控制中的应用

本文介绍了微位移机构的主要类型，并通过实例对微位移机构在误差补偿控制中的应用情况进行了分析和综述。     

振动切削技术在精密补偿加工中的应用

利用补偿控制系统实现精密加工代表了精密加工的现代方向。现行补偿切削系统,利用主轴回转误差信号控制刀具运动进行切削,以期利用较低精度等级的机床获得高的加工精度。笔者分析了这种补偿控制系统存在的问题,指出切削中切削热变形,已加工表面质量等问题。 振动切削技术是近年发展起来的新技术,其优良的工艺效果已为世人公认。由于振动切削技术独特的切削机理,可以大大降低切削温度,改善表面质量及切削过程。将振动切削引入误差补偿系统,可以得到完整的补偿切削系统,以实现高精度的加工。     

Experimental study of novel microactuator based on photothermal expansion

A novel photothermal drive method was proposed. A novel photothermal micro-actuator （PTA） was developed with this method. We introduced the deflection mechanism of the asymmetric expansive arms with different widths. When a beam of infrared laser irradiates the arms, the different increase temperature and photothermal expansion controlled by the different rates of specific surface area cause a magnified lateral deflection. A prototyping micro-actuator of 1000 μm length was manufactured by using anexcimer laser micromachining system, and using polypropylene material. Experiments have been carded out to check the feasibility of deflection, with a laser diode （650 nm） as the external power source to activate the micro-actuator. The results show that the actuator can practically generate an obvious lateral deflection without considering the size or the location of the irradiated light spot strictly. The deflection status of the micro-actuator could be controlled remotely from 0 μm to 14.33 μm by changing the laser power from 0 mW to 10 mW. This kind of novel PTA is quite simple and convenient for operation. It will be quite useful for the applications in the fields of micro/nano-technology and with large displacement/actuation force and remote controlling.     

Dual-stage HDD head positioning using an H∞ almost disturbance decoupling controller and a tracking differentiator

We adopt in this paper a novel control scheme to achieve fast and accurate head positioning for dual-stage actuated hard disk drive (HDD) servo system with actuator saturation and disturbances. This control scheme consists of a tracking differentiator (TD) to avoid actuator saturation as large as possible and an H_∞ almost disturbance decoupling controller to deal with disturbances and improve the tracking performance. More specifically, the TD aims to provide a smooth reference signal in a feedforward way so as to reduce the system error, and further decrease the control inputs to both the VCM actuator and the micro-actuator such that the saturation problem can be effectively avoided. The H_∞ almost disturbance decoupling controller, when it is applied to control the micro-actuator, is able to almost decouple the disturbance and the controlled output such that satisfactory tracking performance can be achieved. Furthermore, the VCM actuator is controlled by a notch filter in series with a lead compensator so as to stabilize the servo loop. Finally, simulation results in time domain and frequency domain verify the effectiveness of the proposed control scheme.     

Robust adaptive tracking control of uncertain electrostatic micro-actuators with H-infinity performance

A novel adaptive robust tracking control scheme is proposed for a class of single-degree-of-freedom (1DOF) electrostatic micro-actuator systems in the presence of parasitics, parameter uncertainties and external disturbances. This method integrates the adaptive dynamic surface control and H-infinity control techniques. Based on this method, both the design procedure and the derived tracking controller itself are simplified, and the controller guarantees that the output tracking error satisfies the H-infinity tracking performance. In addition, the tracking accuracy can be adjusted by an appropriate choice of the design parameters of the controller. Simulation results show that prescribed transient output tracking performance can be achieved, and the closed-loop system exhibits good robustness to system uncertainties.     

压电型步进旋转精密驱动器研究

根据步进运动原理,采用分立式布局,提出大行程高分辨率旋转精密驱动器。该精密驱动器采用电磁杠杆柔性铰链箝位,以压电陶瓷为驱动源,利用柔性盘铰链把压电叠堆的直线运动转化成旋转运动,实现了大行程精密步进旋转驱动。实验表明：该驱动器具有钳位牢固、分辨率高、行程大等特点,适用于微操作中大行程高分辨率的旋转驱动。     

一种用于微拉伸系统的MEMS弹簧设计与制作

针对微拉伸测试系统支撑梁因塑性变形带来的误差,采用UV-LIGA技术制备出S型支撑弹簧来代替刚性梁,这样即可测量大变形薄膜的力学性能.实验结果表明,用UV-LIGA工艺制备的Ni金属S形弹簧具有良好的均匀性,在较大的变形范围内有很好的线弹性.     

激光引信饱和漂移误差消除算法

为保证激光引信在近程的测距精度,文中针对恒比定时法在激光接收器饱和时会发生跳变点前移的现象,提出一种基于回波功率方程的误差补偿算法。通过线性化模型描述脉冲信号,推导了饱和漂移误差的解析表达式,分析了其随回波信号上升沿斜率的变化规律。根据回波功率方程,在小角度入射特定目标的条件下,建立饱和漂移误差补偿数学模型;通过实验标定误差补偿表达式,得到修正后的测距公式,验证了饱和漂移误差补偿方法的有效性。实验结果表明:激光引信在回波信号饱和时测距有较大偏差,最大偏差达到1.4 m;采用误差补偿方法后,可使偏差控制在0.5 m以内。研究可为小型化高精度激光引信测距系统设计提供理论参考。     

电子罗盘在便携式方位转台中的误差补偿研究

以电子罗盘在某型便携式方位伺服转台中的应用为背景,分析了电子罗盘测向精度误差主要来源,开展了罗盘倾斜误差补偿、罗差补偿及磁偏角误差补偿方法的研究,并结合项目实例进行了倾斜实验、24位置罗差标定补偿实验及我国境内达170个城市的磁偏角误差补偿实验。实验结果表明,该文所研究的补偿方法是简单、有效、可行的,其北向精度可修正到1°范围内,非常适用于车辆、无人机等对方位精度有一定要求,同时对系统外形尺寸有较严格限制的场合。     

MEMS微惯性组合静态误差建模与补偿

安装误差和温度是MEMS微惯性组合的主要误差源,这两种因素所引起的误差通常占系统总误差的90%以上。通过对微惯性组合的安装误差及温度因素的影响进行深入分析,构建了一种适用于低成本导航微惯性组合静态误差补偿模型。该模型是一种基于线性模型的改进型模型,模型复杂度低,按实验标定方法获取模型参数后可实时计算惯组输出,用于对MEMS微惯性组合实时性要求高的环境中。并且,通过对模型深入分析,巧妙设计标定方法,大大简化了该模型的标定步骤,使模型参数的获取更为方便。为了论证模型正确性,进行了标定实验,实验结果表明模型是切实可靠的。     

Design of low-error fixed-width modified booth multiplier

This paper presents an error compensation method for a modified Booth fixed-width multiplier that receives a W-bit input and produces a W-bit product. To efficiently compensate for the quantization error, Booth encoder outputs (not multiplier coefficients) are used for the generation of error compensation bias. The truncated bits are divided into two groups depending upon their effects on the quantization error. Then, different error compensation methods are applied to each group. By simulations, it is shown that quantization error can be reduced up to 50% by the proposed error compensation method compared with the existing method with approximately the same hardware overhead in the bias generation circuit. It is also shown that the proposed method leads to up to 35% reduction in area and power consumption of a multiplier compared with the ideal multiplier.     

点源目标质心探测中单个盲元线性插值补偿算法选取

自适应光学系统中应用哈特曼波前传感器对点源目标进行质心探测时,光电探测器上子孔径区域内存在的盲元会引入一定的附加质心探测误差,为了减小质心误差,需要选取合适的盲元补偿算法获得相对合理的补偿值。推导了哈特曼波前传感器子孔径内单个盲元补偿后造成的附加质心探测误差。利用仿真统计了各种利用盲元邻域正常像素进行线性插值的单个盲元补偿算法对点源目标质心探测误差的影响。提出了单个盲元邻域像素线性插值补偿算法选取的若干准则,指出选用盲元上下左右4邻域像素的均值进行补偿造成的平均质心误差最小,而选用盲元左右两个像素平均补偿算法可以在补偿误差较小的情况下简化运算。实验结果与仿真结果相符合。