压电式二维微动工作台的迟滞补偿与解耦控制

为了提高压电式二维微动工作台的定位精度,基于改进的Prandtl-Ishlinskii模型设计了前馈与解耦控制器,并结合反馈控制器开发了复合控制系统.在分析x与y方向电压与位移之间迟滞关系的基础上,前馈控制器通过改进的Prandtl-Ishlinskii模型描述迟滞的逆过程,分别补偿了x与y方向的迟滞.解耦控制器通过改进型Prandtl-Ishlinskii模型估算耦合位移值,修正驱动电压,抵消耦合效应引起的位移.复合控制系统结合了前馈与解耦控制器,并加入PID反馈控制进一步提高定位精度.实验结果表明:控制前,x方向与y方向定位误差的最大绝对值分别是4.16μm和4.18μm,而采用复合控制后定位误差的最大绝对值降为0.06μm和0.07μm.这种复合控制方法能够补偿压电式微动工作台的迟滞非线性,无需改变结构或更换零件就能减小耦合效应,有效地提高微动工作台定位精度.     

基于涡激振动的微型风能采集研究

由于体积大、污染环境、需要定期更换,传统电池供能方式已不能适应当前外场工作的需求.涡激振动的微型风能采集装置将风能转换成电能,能够对无线传感节点等微型电子设备直接供电.基于经典Buck-Boost电路,提出了一种适用于涡激振动微型风能采集的能量接口电路.通过理论与仿真分析,所设计的能量接口电路存在最优占空比,及其对应的最大功率点.基于LabVIEW平台设计了控制程序,实验结果表明,所设计的电路与程序能够对占空比进行自动寻优,保持微型风能采集装置以最大功率输出.     

基于双曲函数的Preisach类迟滞非线性建模与逆控制

为了补偿压电双晶片驱动器的迟滞非线性,提出了基于双曲函数的Preisach类迟滞非线性建模方法,并用该模型设计了压电双晶片驱动器的逆控制器.首先,用两个双曲函数分别拟合迟滞主环的上升段与下降段,利用坐标变换描述依附于主环的一阶曲线;然后,根据Preisach模型理论的记忆擦除性与次环一致性,基于一阶上升与下降曲线分别描述了次环的上升段与下降段.由于这种建模方法所需的参数远小于Preisach等经典迟滞模型,非常适用于压电驱动器等智能材料系统.实验结果显示,基于这种迟滞非线性模型设计的逆控制器,控制后的最大误差比控制前减小了44.26％,有效地提高了压电双晶片驱动器的定位控制精度.     

基于电化学腐蚀法的钨探针制备研究

根据电化学腐蚀法的基本原理,研究了简单易操作的钨探针的制备方法,并设计了相应的装置。结果表明,在腐蚀溶液Na OH浓度2 mol/L,电压2 V的条件下,得到了尖端曲率半径约40 nm的钨探针,满足扫描隧道显微镜(STM)使用的需求。