车削加工轴类零件误差补偿技术的研究

通过提高压电陶瓷微位移驱动器的控制精度,用来减小轴类霞件中受力变形误差,提高轴类零件的加工精度．采用压电陶瓷微位移驱动器控制刀具进行实时误差补偿的方法提高轴类零件加工精度,借助物理学分析结合数学建模的方法,建立压电陶瓷微进给系统的迟滞数学模型．通过实验针对压电陶瓷驱动器的非线性特征分析,给出了对其控制电压进行校正的方法,减小压电陶瓷的迟滞非线性误差．     

基于迭代学习控制的原子力显微镜成像

原子力显微镜（AFM）在成像过程中要求纳米级的定位精度,利用压电陶瓷扫描器能满足要求。该文针对压电陶瓷的非线性及外部环境干扰带来的不利影响,设计一种基于迭代学习算法的AFM扫描成像控制器。通过将水平平面内的扫描运动转换为路径跟踪控制问题,在跟踪过程中对前一迭代周期的误差信息进行非因果学习,保证输出沿迭代轴的快速收敛性,以获得理想的跟踪性能。路径跟踪仿真和实际系统成像实验表明该算法可以有效改善系统非线性和外部环境干扰带来的不利影响,显著提高原子力显微镜的成像质量。     

压电陶瓷驱动器控制模型建立及仿真

介绍了一种压电陶瓷微位移驱动器的控制模型．借助于统计物理学分析，结合数学方法，利用BP人工神经网络建立了一个简单实用的压电陶瓷的迟滞数学模型，并根据实测压电陶瓷电压／位移数据，对该控制模型进行了仿真，仿真结果表明，所建立的模型可有效地减小压电陶瓷的迟滞非线性误差，提高压电陶瓷微位移的控制精度，有助于实现压电陶瓷驱动器的高精度微位移开环控制．     

压电陶瓷精密驱动器的设计与实验研究

针对压电陶瓷驱动器的迟滞现象、蠕变现象等进行测试和分析,为压电陶瓷驱动器迟滞非线性建模提供依据.基于压电陶瓷驱动器位移--电压曲线各升程之间、各回程之间的相似性,采用基于平均曲线模型的方法,建立了一种简单实用的压电陶瓷执行器的迟滞非线性模型.     

基于神经网络辨识的迟滞特性建模

为解决压电陶瓷迟滞系统的建模问题,在分析了压电陶瓷迟滞特性形成的原因基础上,提出了一种新模型,该模型由两部分组成,一部分为位移伸长量,另一部分为位移缩短量.该模型的最终输出由压电陶瓷伸长与缩短两种相反趋势的相对强弱共同决定.结合混沌优化学习算法,利用神经网络对该模型进行辨识.利用该模型对压电陶瓷迟滞特性进行建模.仿真实验结果表明,该模型可以降低建模误差,提高建模精度,建模效果优于传统方法.     

基于压电陶瓷迟滞非线性的建模方法

压电陶瓷因其具有的响应速度快,精度高等优点被广泛应用于微操作、微纳米定位等系统中,但是由于它具有迟滞特性对其应用的影响,针对压电陶瓷的迟滞特性提出了一种简单的数学建模方法,该模型建模简单,运算量比PI迟滞算子大大减小,拟合方法曲线较平滑,克服了PI迟滞算子拟合出现的毛刺问题,且拟合精度较高,拟合误差在1%左右,采用椭圆极坐标方式对迟滞特性进行建模.并通过实验验证了该建模方法的可行性和精确性.     

基于BP网络的智能控制器在AFM中的应用研究

原子力显微镜(AFM)作为纳米领域重要的研究工具之一,始终起着举足轻重的作用。目前商用的AFM控制系统一般采用PID控制算法实现对压电陶瓷驱动器的精密控制。但是压电陶瓷具有复杂的非线性特性,传统的PID控制器难以实现精密控制,不仅影响AFM的扫描速度,也影响其测试精度。基于目前AFM控制系统的分析研究,将常规的PID算法通过引入BP网络进行优化,应用于原子力显微镜控制系统中可以使AFM获得自学习的能力,从而增强其系统的实时性以及精确性。用Simulink结合系统函数(S-function)实现了AFM在接触以及轻敲两种工作模式下的过程仿真,为其研究提供方便快捷的第一手资料,并基于此构建了AFM系统的仿真平台,并在该平台上对改进后的PID算法进行了验证,最后通过自制单探针系统进行扫描实验。     

磁控形状记忆合金执行器迟滞非线性模型

针对磁控形状记忆合金执行器的迟滞非线性,利用PI模型建模思想,采用线性Play算子建立磁控形状记忆合金执行器迟滞非线性模型。根据其模型结构与神经网络结构十分相似的特点,引入神经网络进行权值训练。为了提高系统的实时性,采用遗忘因子递推最小二乘法训练权值。试验结果显示:本文方法对输出位移的最大预测误差为0.0015mm,均方差为2.2931×10-4,最大误差率为0.1593%,表明该方法能够有效地建立磁控形状记忆合金(MS-MA)执行器的迟滞非线性模型,并可以获得较高的模型精度。     

AFM以纳米管针尖测量纳米尺度线宽的研究

针对原子力显微镜（AFM）以纳米管针尖在轻敲模式下测量纳沫尺度线宽的问题,依据振动学和数学形态学理论,提出了微悬臂的振动模型,描述了针尖振动轨迹,并仿真了不同条件下测量标准样品所得图像．仿真结果表明：纳米管轮廓和振动都使线宽测量结果产生膨胀,因而无法获得双侧边墙都很好的测量结果,而要得到较好的单侧边墙,应选用纳米管尖端偏向微悬臂夹紧端的针尖．     

压电／电致伸缩陶瓷控制模型归一化的研究

压电／电致伸缩陶瓷作为一种理想的微位移器在许多领域得到了广泛应用,但是由于其存在迟滞,蠕变及非线性等不足,限制了它的进一步应用。本文在分析压电／电致伸缩陶瓷极化机理的基础上,给出了压电／电致伸缩陶瓷归一化的控制模型,同时给出几种情况下的典型例子及其电压同位移的关系曲线,通过分析得出了采用电极化程度的控制方法可以有效地减小压电／电致伸缩陶瓷的迟滞的结论。     

基于Preisach修正模型的GMA前馈补偿研究

超磁致伸缩驱动器(GMA)的磁滞建模与非线性补偿是实现GMA高精度定位的基础。根据GMA的特点,提出了GMA的磁滞Preisach修正模型建模与非线性补偿方法。设计制作了一台GMA样机,对其主磁滞回线和一阶折返曲线进行了精密测量,基于实验数据建立了驱动器的Preisach磁滞修正模型。为了避免对Preisach算子求逆,提出了一种以主磁滞回线升程为基准的输入校正迭代算法,并以此设计了驱动器的前馈补偿器,实验表明,提出的GMA前馈补偿方法具有较高的精度,其定位误差不超过1%。     

基于Bouc-Wen修正模型的柔性关节驱动器迟滞建模

为了研究柔性关节驱动器输出力的迟滞影响,提高力控制精度,构建了柔性关节驱动力的迟滞实验台,提出柔性关节驱动器输出力的Bouc-Wen修正方法对力迟滞进行精确建模,并通过龙格-库塔-费尔贝格算法对Bouc-Wen修正模型进行参数辨识. 在Bouc-Wen模型的基础上,引入具有方向性的修正项,克服柔性关节驱动器的输出力-转角迟滞的非对称性. 利用关节驱动器在60、80、100、120 kPa充气压力下的力迟滞实验数据,建立Bouc-Wen修正模型. 在70、90、110 kPa充气压力下,将Bouc-Wen修正模型所预测的柔性关节力迟滞曲线与经典Bouc-Wen模型以及实验曲线进行对比. 结果表明所提出的力迟滞Bouc-Wen修正模型,在各充气压力下的最大相对误差仅为7.75%,平均偏差小于0.45 N,模型拟合优度大于0.99. 说明所提出的Bouc-Wen修正模型能够对柔性关节驱动器的力迟滞进行准确建模,为力闭环控制提供基础,也为其他超弹性材料柔性驱动器的迟滞建模提供参考方法.     

A control model for hysteresis based on microscopic polarization mechanisms in piezoelectric actuator

Aiming at the limitation of control accuracy caused by hysteresis and creep for a piezoelectric actuator, the hysteresis phenomenon is explained based on the microscopic polarization mechanism and domain wall theory. Then a control model based on polarization is established, which can reduce the hysteresis and creep remarkablely. The experimental results show that the polarization control method is with more linearity and less hysteresis compared with the voltage control method.     

利用差动原理和采样补偿提高工作台精度

针对精密定位工作台目前存在的高精度、大行程和低成本难以协调的问题,提出一种差动式结构的工作台,利用动态采样的方法对开环误差进行标定,建立误差模型,通过控制上下叠加的两个工作台差动对系统误差进行动态补偿.研究表明:利用差动原理对误差动态补偿的方法有效提高了工作台精度和系统灵敏度,为微位移机构的设计提供了新的思路和方法.     

大型龙门铺丝机综合误差建模及补偿

为了提高大型龙门自动铺丝(AFP)机的精度,提出重力变形与几何误差综合建模与补偿方法. 采用有限元法对龙门铺丝机进行静力学分析,通过工作空间网格化方法建立重力变形模型;基于齐次变换矩阵与切比雪夫多项式建立几何误差模型,结合剔除重力变形的测量数据与Powell算法实现对几何误差参数的辨识;综合重力变形模型和几何误差模型,提出基于综合误差补偿的G代码修正策略. 在龙门铺丝机上开展综合误差补偿对比实验,结果表明,补偿前龙门铺丝机误差较大,不能完全满足铺放精度需求,而经过补偿后位置误差和姿态误差均大幅度降低,其中姿态误差减小80%以上,而位置误差减小90%以上,满足铺放精度需求,证明了所提出的综合误差建模和补偿方法的有效性.     

围棋机器人落子指引装置的设计与实现

为提升围棋对弈与教学过程中的交互性，设计了一种用于围棋机器人的落子指引装置，包括视觉处理模块与运动控制模块。针对视觉处理模块，提出一种基于多尺度检测的标准棋盘图像提取方法，提高了棋盘图像提取的稳定性。对棋盘中的反光区域采用单独的棋子检测器进行检测，提高了不均匀光照区域棋子的检测效果。针对运动控制模块，利用高精度数字舵机和激光指引器构建运动执行机构，并采用伸缩关节模拟激光光路实现运动学建模。提出一种基于透视变换的误差补偿方法，实现关节变量的映射，并通过仿真计算完成运动末端位置补偿。最后，通过实验对视觉模块的准确性与运动控制模块误差补偿方法的有效性进行了验证。     

基于注意力机制的数控机床热误差深度学习预测方法

为提高热误差预测精度和鲁棒性,提出一种基于注意力机制和深度学习网络的数控机床热误差预测模型。采用数据转化策略,将数控机床原始温度数据转化为温度图像,直接作为深度学习网络的输入;提出一种基于注意力机制的温度敏感点识别网络,根据温度测点与热误差关联程度,赋予各温度测点不同的权值,避免了温度测点的人为选取弊端;建立12层深度CNN学习预测网络,利用其强大的图像特征学习能力,挖掘温度图像与热误差的非线性映射关系,无需对温度关键点进行预选择,保留了更多的热误差与机床温度特征关系,显著提高了模型预测精度。为了提高热误差模型的精度与泛化能力,引入Dropout正则化方法和Adam优化算法,对深度卷积神经网络的结构与参数进行了优化。该方法在针对G460L型数控车床的热误差验证中表现出较高的预测精度。通过与BP神经网络和多元回归等传统热误差模型进行对比,深度卷积神经网络框架下的热误差模型在泛化性指标上表现更优。     

高速精密定位平台的偏摆误差实时补偿

针对二维直线运动平台末端出现偏摆误差、降低平台直线运动精度的现象,研制了一种新型的基于偏摆误差实时补偿的高速精密定位平台.基于电容式微位移传感检测技术,建立了新型精密定位平台的偏摆误差检测模型.采用赫兹接触理论,建立了滚珠导轨副的刚度模型,进而建立了基于滚珠丝杠驱动、直线滚珠导轨副支撑的宏动工作台的偏摆振动模型.实验结果验证了宏动工作台偏摆振动模型的有效性;采用微动工作台进行宏动工作台直线运动偏摆误差的实时补偿,新型精密定位平台的性能得到较大改善.     

Satellite image RPC parameters estimation method using the heteroscedastic errors-in-variables model

The positioning accuracy of a satellite image is mainly affected by the estimation accuracy of the rational polynomial coefficients (RPCs). Image point compensation or ground control point correction methods are usually used in the existing algorithms. Because the error characteristics of the design matrix elements are not considered, there are problems such as incomplete systematic error elimination and low parameter estimation accuracy. Considering the influence of the model systematic error, a heteroscedastic estimation method is proposed in this paper. First, the random model of matrix elements is established in the algorithm to describe the system characteristics more accurately. Taking into account the system deviations of the design matrix elements, the least square model is constructed using the Mahalanobis distance as the metric, and parameters are solved using the generalized eigenvalue method. The systematic error can be reduced theoretically. Experiment on different terrain images of TH-1 shows that the image correction accuracy of the proposed method is improved by more than 36 times compared with the traditional method, and the precision consistency is superior, which is of great significance to improving the accuracy of RPC parameters estimation and satellite imagery positioning.