基于电流控制的压电陶瓷驱动电源及其试验研究

压电陶瓷致动器在电场驱动下会产生迟滞和蠕变现象,降低了定位精度。根据压电陶瓷致动器的位移与电荷量之间具有线性关系,研制了基于电流控制的压电陶瓷驱动电源。通过控制压电陶瓷的充电电流来控制其运动速度,从而控制其位移量。设计特殊电路和有针对性的控制算法,实现对压电陶瓷的快速驱动与高精度定位的结合。试验结果表明,利用该电源可实现对压电陶瓷的线性驱动和快速精密定位。     

压电微定位平台建模及控制方法研究

压电陶瓷驱动器本身具有的迟滞特性给微纳操纵技术的发展带来了严重影响,为提高压电微定位平台的高精度轨迹跟踪控制,文章首先从PZT的电学特征及压电微定位平台的动力学特性两方面进行分析,建立了压电微定位平台的数学模型。基于传统PID控制算法,提出了一种自适应模糊PID控制算法,在该算法中充分运用模糊控制理论的方法对PID的3个参数进行在线自调整。实验结果表明,自适应模糊PID控制方法较传统PID控制降低了系统超调量,缩短了系统响应时间。     

非共振式压电直线电机精密驱动及定位控制

为实现光机结构、集成电路等领域中大行程及高精度的位移控制,利用较为适用的非共振式尺蠖型压电直线电机,基于高压功率运算放大器,设计了非共振式压电直线电机的精密复合放大驱动电路,通过理论分析及实验得到的伯德图验证了驱动电路的分辨率和幅频特性。以现场可编程门阵列(FPGA)为核心处理器,以光栅尺为反馈元件,通过分析非共振式压电直线电机的多种运行模式,根据直线电机的运行时序,设计完成了开环大范围整步运行模式与闭环小范围单步运行模式相结合的控制策略,在单步运行模式中分别设计完成了PID控制算法及PID与压电陶瓷迟滞逆模型前馈相结合的复合控制算法。实验结果表明,该控制策略能够实现大行程内的精密位移控制,复合控制算法具有比PID更加优越的控制效果,能够在21mm大行程内实现1.5nm的闭环定位控制精度,直线电机的最大驱动力可达300N,满足大行程高精度位移控制的应用需求。     

智能控制在超精密定位中的应用研究

针对超精密定位系统对定位精度的要求,研究智能PID控制技术,以提高系统的定位精度.研究对象是采用宏/微双伺服驱动系统中由压电陶瓷器件+柔性铰链构成的两维超精密定位系统.由于压电陶瓷器件+柔性铰链构成的微动系统具有迟滞、蠕变等强非线性,同时受到宏动系统高加速运行的扰动,常规PID控制难以获得良好控制效果.对此,提出神经网络自适应模糊推理PID位置控制系统,并进行了控制系统结构研究,实验结果表明:智能控制能有效改善系统的控制性能,提高了重复定位精度.     

基于模糊PID的精密离心机控制系统设计

采用模糊PID对精密离心机控制系统进行了设计,将模糊控制与PID控制相结合,实现离心机的高精度控制。通过Simulink仿真,对普通数字PID控制器和模糊PID控制器的控制效果进行了比较,结果表明模糊PID控制比普通PID控制具有较好的动态响应特性。     

基于压电陶瓷的精密进给系统的应用研究

压电陶瓷器件在精密定位和微位移控制中得到了广泛的应用,但是它存在着迟滞、蠕变等特点,给压电陶瓷的陶瓷的控制带来了困难.该系统设计了基于信号处理及特殊算法的闭环控制系统,应用于对压电陶瓷致动器的控制,并且在此基础上建立实验系统.实验数据分析结果表明,定位精度稳定在±0.02μm,良好的解决了压电陶瓷的非线性特点,满足高精密加工技术的需求.     

基于AMESim与MATLAB/Simulink的注油机电液比例流量控制系统设计

为满足注油机对流量控制的高精度要求，首先完成了注油机液压系统的设计，又以注油机电液比例流量控制系统为研究对象，分别利用AMESim与MATLAB/Simulink建立了液压系统模型与控制器模型，并通过联合仿真分析了系统在PID控制与模糊自适应PID控制下的控制效果。仿真结果表明：与PID控制相比，注油机电液比例流量控制系统在模糊自适应PID控制下其动态特性与控制精度得到明显提升。最后搭建了注油机电液比例流量控制系统测试平台，通过实验测试验证了仿真的准确性，表明了注油机电液比例流量控制系统的有效性。     

基于压电陶瓷驱动器的模糊PID控制设计

分析了常规PID控制的不足,阐述了模糊控制原理、模糊PID控制设计以及模糊PDI的建立,并通过常规PID控制下与模糊PID控制下的压电陶瓷驱动器的位移响应曲线实验对比,证明模糊PID控制的优点.     

压电陶瓷微位移驱动器在精密工件台上的应用研究

以压电陶瓷微位移原理为基础,对精密驱动技术在精密定位工件台上的应用作了实验研究。一个是对工件台的微动台进行驱动,另一个是对导轨直线进行误差补偿。设计了一个包括高压精密可调电源、压电微位移驱动器、作为反馈元件的光栅干涉仪、以及由IBMPC机和几个8031单片机的主从控制系统.     

精密磨床辅助工件平台的设计

为补偿精密磨床砂轮的振动对加工精度的影响，设计了一台作为磨床辅助进给装置的微进给工件平台。该工作平台采用压电陶瓷作为驱动机构，弹性铰链作为预紧机构。为了避免压电陶瓷驱动器受到弯矩的作用，在压电陶瓷驱动器的顶部和动平台之间加了一个球形接头。利用弹性铰链的预紧力，实现驱动器和动平台之间的赫兹接触。高精度的电容式位移传感器用来测量动平台的实际输出并形成反馈控制系统。为了消除压电陶瓷的迟、蠕变等非线性，采用了非线性PID控制算法来实现微进给平台的实时控制。采用跟踪微分器对信号进行跟踪并得到其微分信号，提高了控制系统的鲁棒性。通过计算机仿真了所设计的微进给平台的特性和闭环控制算法的有效性。     

基于LabVIEW FPGA的压电陶瓷驱动器位移控制研究

针对传统实时模块存在的响应速度较慢、采样周期较长等缺点,不能满足压电陶瓷驱动器快速响应的要求,在LabVIEW FPGA模块下搭建了压电陶瓷驱动器的控制系统,并采用PID控制方法进行压电陶瓷驱动器的位移控制实验研究。实验结果表明:与实时模块PID控制方法相比,基于LabVIEW FPGA模块PID控制方法能有效提高压电陶瓷驱动器的动态性能,响应时间由37 ms降低到15 ms,且基本无超调。     

0.1μm大行程精密定位控制系统的研究

本文介绍了一种新型的精密工作台定位控制系统。本控制系统采用伺服电机粗动控制与压电陶瓷精动控制相结合的方法完成对工作台的定位控制，并利用衍射干涉光栅测长技术进行实时检测。本系统工作行程50mm，定位精度±0.1μm。     

压电陶瓷驱动器模糊自整定PID控制方法研究

本文将模糊自整定PID控制思想应用于对压电陶瓷驱动器的控制，运用模糊理论的方法对PID的3个参数进行在线自调整，有效克服压电陶瓷驱动器迟滞，非线性的影响。在LabVIEW环境下实现了该控制算法。在此基础上，建立了实验系统，对压电陶瓷驱动器进行模糊自整定PID控制研究。实验结果表明，被控制方法明显提高了系统的动态性能和稳态精度，同时系统具有较强的适应性和鲁棒性。     

三维一体化超微定位系统性能的研究

提出一种以双柔性平行４杆结构和柔性８杆对称联动结构为导向机构,压电陶瓷为驱动器的三维一体化超微定位机构。针对高精度定位的需要,设计了数字闭环控制系统,引入数字ＰＩＤ模糊器以提高系统的定位性能。     

超高压金属橡胶精密流量阀的理论建模

利用压电陶瓷材料的精密位移输出特性和金属橡胶材料的多孔、减压、节流特性设计出了一种超高压精密流量控制阀,来实现超高压、微小流量的精确控制,并得到了该阀的流量表达式。理论分析结果表明,该阀的流量不仅与阀进出口的压差有关,还与压电陶瓷和金属橡胶的参数有关。     

压电陶瓷微位移驱动器建模与控制

考虑利用白光干涉仪进行表面三维形貌测量时压电陶瓷(PZT)的蠕变效应对微位移驱动器位移精度的影响,提出了一种沿参考镜光轴方向提高该驱动器位移精度的方法.系统研究了该驱动器的位移检测回路、PID闭环控制以及蠕变补偿控制;利用光电位置传感器和光学杠杆调节位移检测回路,将压电陶瓷驱动器微位移反馈至控制系统,建立PID闭环控制.充分考虑了PZT蠕变特性对测量过程的影响,建立了"电压蠕变"补偿模型,实现了基于PID闭环控制与蠕变补偿控制相结合的复合控制方法.利用XL-80激光干涉仪测量压电陶瓷驱动器在PID闭环控制和复合控制二种情况下的微位移,实验结果显示前者位移误差为0.007 μm,后者位移误差为0.005 μm.结果表明该方法可有效克服压电陶瓷迟滞非线性和蠕变对测量结果的影响,满足表面三维形貌测量的高精度要求.     

新型模糊PID线性温度控制系统的研究

模糊PID线性温度控制系统是一种新型高精度温度控制系统,在温度控制方面具有极高的精度和良好的稳定性,文中对模糊PID线性温度控制系统的基本控制原理进行了分析,并通过相关软件的模拟,对这种新型温控系统的在工作状态中的高精度和稳定性进行了验证。     

模糊PID算法在印刷机控制系统中的应用

根据不干胶标签印刷机运动特点和控制精度要求,采用无轴同步传动替代传统机械传动结构,设计以运动控制器、伺服驱动、伺服电机和触摸屏为硬件平台的印刷机控制系统。针对经典PID控制不能满足印刷机高精度套印的问题,提出带前馈补偿PID控制和模糊PID控制,模糊PID控制能够实时在线修正参数,同时用MATLAB仿真模糊PID控制。通过分析实验数据,表明模糊PID控制偏差更小、稳定性更好,当印刷速度达到18000张/h时,套印误差仍保持在0.05mm内,控制系统满足不干胶标签印刷机控制要求。     

空间天文望远镜自适应精密稳像闭环控制

针对空间天文望远镜低频段视轴扰动补偿问题,提出了一种基于主动光学技术的自适应精密稳像闭环控制方法。该方法以精细导星仪（Fine Guide Sensor,FGS）为高精度视轴扰动检测器,以四点支撑压电驱动大口径快摆镜机构（Fast Steering Mirror, FSM）为视轴扰动补偿器。首先,采用位置式PID控制器串联积分环节进行精密稳像闭环控制,得到补偿FGS检测出的二维视轴扰动所需FSM的二维摆动角度,进而根据驱动结构转换为每个支撑点的压电陶瓷执行器（Piezoelectric actuators, PZT）的伸缩量。然后,利用基于广义Bouc-Wen逆模型的压电动态迟滞前馈补偿方法进行高精度的压电陶瓷执行器定位控制。最后,根据有监督的Hebb学习规则,利用具有自学习和自适应能力单神经元对PID控制器参数进行调整,从而得到最优控制器参数。实验结果表明,所提控制方法能够有效地补偿空间天文望远镜的视轴偏差,可以将精细导星仪X方向和Y方向的星点质心位置偏差功率谱密度在0～6 Hz频段内积分值分别抑制了98.54%和98.62%。     

一种高精度大行程2R1T并联定位平台

为了解决传统压电陶瓷驱动器所固有的高精度与大行程的矛盾,提出了一种新型可直接外力驱动的三自由度并联精密定位平台,利用压电直线电机直接驱动即可实现大行程与高精度定位。首先,分析了柔性铰链结构参数对其作动行程的影响机理,在此基础上设计了大行程圆柱柔性铰链,并对大行程圆柱柔性铰链的结构参数进行了模糊优化设计;接着,采用两个平移副和一个一体化、大行程圆柱形柔性铰链构建了并联分支链路,采用3条并联支路设计了2R1T并联精密定位平台,并通过坐标齐次变换方法构建了并联平台的运动学模型,推导出了并联平台位姿正反解;最后,对2R1T并联定位平台开展了实验研究。实验结果表明所设计的2R1T并联定位平台具有良好的运动同步性和重复性,利用压电直线电机的步进运动模式可实现精密定位,其平动定位分辨率为0. 09μm,转动定位分辨率分别为0. 8μrad、0. 9μrad和1. 0μrad;利用压电直线电机的连续运动模式可实现大行程空间定位,其平动工作行程为120 mm,转动工作行程分别为6. 18°、6. 74°和6. 58°。借助于压电直线电机的不同工作模式实现了并联平台的精密定位和大行程工作空间两个关键指标,为进一步研究2R1T并联机构的动态性能、精密定位及控制规律的实现等提供了重要的理论价值和实践基础。