用于大范围纳米级压电微动台的驱动控制系统

介绍了一种基于尺蠖运动原理大范围纳米级步距压电微动工作台。根据其运动原理特点,设计完成了该压电微动台的控制系统。在电压控制下,利用压电陶瓷的逆压电效应,通过机械装置将压电陶瓷的微小位移输出,达到精密定位的目的。最后对该控制系统进行了性能测试。实验表明,该控制系统所产生的三角波、方波信号纹波电压小,信号稳定,其中放大电路部分放大倍数为57,能够驱动所选用的压电陶瓷,满足微动台驱动要求。     

剪切干涉仪精密相移系统的研制

设计了一种用于迈克尔逊干涉仪横向剪切相移测量的精密相移系统。该系统采用压电陶瓷驱动器作为驱动元件,通过柔性铰链平移机构推动反射镜实现无摩擦、无间隙微位移。采用电容传感器进行位移反馈测量,利用单片机系统作为中央处理器进行PID闭环控制以实现高精度相移。对相移系统的行程及定位精度进行了测试,当输入阶跃位移信号为80nm时,相移系统输出位移精度小于3nm。当相移系统连续位移2μm,每步位移为80nm时,其输出位移的定位精度小于5nm。实验结果表明,相移系统的行程与定位精度满足剪切干涉仪设计要求。     

叠层型压电驱动器技术及实验研究

叠层型压电陶瓷利用逆压电效应可以得到精确的微位移量.介绍了叠层型压电驱动器的性能特性.并基于正交三角放大原理设计了一种微位移放大机构,使其将叠层型压电微位移器的位移量放大.实验结果表明,驱动器各项指标均达到设计要求,证明了设计理论的正确性.     

一种新型压电谐波电动机的研究

传统电机不能同时满足体积小、速度低、不易受电磁干扰等要求,为克服这一问题,提出一种新型压电谐波电动机。首先分析压电谐波电动机的工作原理,在控制系统的作用下压电波发生器产生周期性机械运动,并作用于柔轮使其产生周期性变形,从而实现压电谐波电动机的低速稳定输出。然后设计压电谐波电动机的结构,压电谐波电动机由压电波发生器和谐波摩擦传动系统组成,其压电波发生器由压电陶瓷驱动器和位移放大机构构成。最后分析了位移放大机构的理论位移放大倍数,并利用ANSYS软件对位移放大机构进行分析,获得其最大输出位移、最大等效应力及实际放大倍数,分析结果显示位移放大机构的位移放大效果满足柔轮径向变形的需求。     

一种结构简单的高精度压电尺蠖式位移致动器

介绍了一种结构简单、易装配的高精度压电尺蠖式位移致动器,阐述了致动器的工作原理和结构.致动器采用叠堆式压电陶瓷作为驱动,利用柔性铰链作为位移放大机构,能够可靠地实现光轴的双向运动.位移分辨率可以达到纳米级别,步距可以在几纳米至几毫米之间任意选择.     

集成式微操作器控制系统的研制

微操作器是微操作机器人的核心部件，本文介绍了作者研制的压电陶瓷管驱动三自由度集成式微操作器，在此基础上，研制了微位移控制系统，包括双极性压电陶瓷驱动电流，微位移检测系统和微位移控制器，采用仿人智能P1控制方法，对微操作器进行了动静态测试，得到微操作器的性能指标，通过高精度位置闭环控制，补偿了压电陶瓷本身所具有的迟滞，蠕变、非线性等不足，提高了控制精度，达到了较好的控制效果。实验表明，该控制系统能够保证微操作器实现纳米级微动定位，满足微操作的要求。     

尺蠖压电驱动器的设计及迟滞补偿控制方法

设计了一种基于柔性放大原理的尺蠖压电驱动器,驱动器动子钳位部分采用对称式杠杆放大结构,中间驱动部分采用复合桥式结构。根据尺蠖压电驱动器迟滞非线性特点,在模型分析基础上,建立Preisach模型,确定逆Preisach迟滞模型的开环控制方法,并采用前馈PID方法实现闭环控制。搭建了尺蠖压电驱动器的开环实验系统,实验结果显示:尺蠖压电驱动器在开环控制下位移跟踪最大误差为2.9μm;当跟踪位移为80μm连续运动20个步距时,正反向行程的平均误差为2.1μm;当驱动电压为5 V时,获得最小步距1.5μm。同时,搭建了尺蠖压电驱动器的闭环实验系统,在该系统上进行前馈PID控制实验,闭环控制条件下,系统位移跟踪的最大误差为1.4μm,驱动器的定位精度得到提高。     

遗传算法优化的BP神经网络压电陶瓷蠕变预测

针对压电陶瓷驱动器的蠕变误差随时间呈现非线性变化,会严重影响其定位精度的问题,提出遗传算法优化BP神经网络的压电陶瓷蠕变预测算法。采用遗传算法优化了BP神经网络的权值和阈值,构建了基于遗传算法的BP神经网络(GA-BP算法)的蠕变预测模型。用GA-BP算法对压电陶瓷蠕变进行了预测仿真,并将结果与实测数据进行了对比。结果表明,获得的蠕变预测结果与实验数据的最大绝对误差均不超过0.2μm,最大蠕变误差均小于1.5%,最大均方误差仅为0.004 6,因此,GA-BP预测模型可作为预测压电陶瓷蠕变误差的一种有效手段。     

高精度压电陶瓷相移器设计

文中采用压电陶瓷柱和自行设计的0-300V直流可调电源制作高精度压电陶瓷相移器,并由计算机通过D/A转换板输出电压进行控制,采用CCD组成闭环反馈.经过标定,相移器的相位误差在±3°之内.该相移器的使用提高光学无损检测的测量精度,而且经济性很好.     

一种高精度功率测量的补偿方法

本文介绍了交流同步采样的原理和有功功率、无功功率计算方法;分析了高精度功率测量的误差来源.对于相移的非线性误差,通过多项式曲线拟合得到了误差模型并提出了选取曲线拐点作为相移分段线性化校正方法.介绍了功率测量中相移补偿的方法并给出了功率补偿的步骤.最后,通过研制的三相交流在线测试仪验证了该方法的正确性.     

一种用于电子式互感器相位补偿的数字移相方法

电子式互感器的采集器在采样模拟信号时一般有固定的相位误差,影响了测量准确度,需要使用移相方法校正相位误差。针对数字移相方法,提出了基于最小二乘拟合的数字移相算法,推导出了数字移相递推式,并仿真分析了移相算法的性能。结果表明,该算法均具有较高的移相分辨率和移相精度,且能保证幅值准确度。将该算法应用于基于Rogowski线圈的电子式互感器,准确度比较测试验证了该算法的可行性和有效性。     

基于历史与磁检测信息的永磁同步平面电机定位方法

通过检测永磁同步平面电机固有的空间磁场实现平面三自由度定位,能够简化运动位移传感器的结构布局,对电流相位的确定和运动控制的精度实现具有重要意义.然而,由于磁场空间分布的非线性,若直接采用常规的数学方法计算三自由度位移,会导致问题极其复杂且求解精度低.本文从信息融合的角度,运用电机运动的连续性与惯性,提出一种顺序求解算法,可实现平面三自由度位移的高精度、快速求解.该算法基于电机的历史位移和磁场检测信息,解决了原方法由于计算模型限制导致的收敛速度慢的问题.这种基于顺序求解的定位方法较原方法提高了位移分辨率和计算效率,为实现永磁同步平面电机的高精度运动控制铺平道路.     

Modelling and control of six‐phase induction motor servo‐driven continuously variable transmission system using blend modified recurrent Gegenbauer orthogonal polynomial neural network control system and amended artificial bee colony optimization

Because the nonlinear and time‐varying characteristics of the continuously variable transmission system operated using a six‐phase copper rotor induction motor are unknown, improving the control performance of the linear control design is time‐consuming. To capture the nonlinear and dynamic behaviour of the six‐phase copper rotor induction motor servo‐driven continuously variable transmission system, a blend modified recurrent Gegenbauer orthogonal polynomial neural network (NN) control system, which has the online learning capability to return to the nonlinear time‐varying system, was developed. The blend modified recurrent Gegenbauer orthogonal polynomial NN control system can perform overseer control, modified recurrent Gegenbauer orthogonal polynomial NN control, and recompensed control. Moreover, the adaptation law of online parameters in the modified recurrent Gegenbauer orthogonal polynomial NN is based on the Lyapunov stability theorem. The use of amended artificial bee colony optimization yielded two optimal learning rates for the parameters, which helped improve convergence. Finally, comparison of the experimental results of the present study with those of previous studies demonstrated the high control performance of the proposed control scheme. Copyright © 2016 John Wiley & Sons, Ltd.     

磁致伸缩微位移工作台的新型定位方法

稀土超磁致伸缩材料广泛应用于传感器、执行器.本文介绍了我们研制的一种磁致伸缩微位移工作台的结构、运动原理以及新型精密定位控制方法,即电磁式吸紧定位.实验测量微位移最小分辨率达2nm.整个微位移工作台结构简单,位移分辨率高,且能够实现双向可控运动.     

一种改进的组合实时自聚焦算法

在高分辨率SAR中,方位向运动误差给成像带来的影响越来越大,传统的相位梯度自聚焦(PGA)方法能够估计出运动误差,但其需要多次迭代计算,计算量大,不适合用于实时成像。为了满足高分辨率SAR实时成像的需求,提出了一种改进的组合实时PGA方法。这种方法将改进的频移相关算法(ISAC)算法、 PGA算法与RD成像算法结合运用,不仅使计算量大大减少,而且通过在频移相关算法中加入适量的迭代运算,降低了对运动初始参数的精度要求,取得了较好的成像效果。理论分析和实际数据处理证明了这种方法的有效性。     

基于UKF多步和BP修正的船舶升沉运动测量方法

为提高海上风机安装时的稳定性和精准性,需要对浮式起重船进行升沉运动补偿。但由于惯性系统测量的船舶升沉运动信息存在随机漂移和相位超前问题,严重影响升沉补偿系统的实时性和精确性,故本文提出基于UKF多步和BP修正的船舶升沉运动测量方法。基于Stewart波浪运动实验平台模拟船舶升沉运动,采用加速度惯性测量系统采集升沉位移和加速度信息,建立运动的状态空间模型;由此模型建立UKF观测器,并用状态转移矩阵根据动态检测的升沉运动超前相位进行多步观测,消除升沉运动的随机漂移和相位超前;进而结合UKF多步观测值和观测残差训练BP预测模型,通过预测的残差来实时修正多步观测器的观测值,提高测量精度。Stewart平台试验表明,本文测量方法解决了实时检测中船舶升沉运动的漂移和相位超前问题,测量精度可达90%。     

半速汽轮机轴位移和胀差传感器的安装与调整

轴位移和胀差是反映汽轮机动静间隙的两项重要监视参数。采用半速机组轴位移和胀差的测量原理和测量方法,对红沿河核电厂1号机组存在的轴位移传感器测量值偏大、高中乐转子膨胀测量传感器安装间隙不足和暖机过程中低压转子膨胀量过大等问题的解决过程进行了系统论述。通过对红沿河核电厂1号机组轴位移和胀差实际运行数据和变化规律的分析,说明传感器的安装过程和调整方法正确,实现了对汽轮发电机的可靠监视和保护。     

三相电压型PWM整流器非线性解耦控制研究

基于非线性系统反馈线性化理论，建立了三相电压型PWM整流器非线性仿射模型，推导出其对应的非线性坐标变换矩阵和非线性状态反馈矩阵，得到了三相电压型PWM整流器反馈线性化模型，提出了三相电压型PWM整流器无功功率和有功功率的解耦控制策略。对三相电压型PWM整流器解耦控制特性进行了细致分析和研究。结果表明，反馈线性化能较好地实现三相电压型PWM整流器的解耦控制。给出的试验结果验证了文中理论研究的正确性。     

一种新型的六位数字移相器的设计

针对传统的数字移相器插入损耗高和相位精度低等性能的不足,提出了一种新型的加匹配线的开关式移相器设计技术。包括固定长λ/2主线以及在主线边缘长λ/8的平行短路和开路短截线,克服了传统数字移相器设计中端口驻波比高,插入损耗大的缺点,而且在相位精度上也有提高。在设计中,用加匹配线的方法对45°,90°和180°移相器进行设计,并将相位为5.625°,11.25°,22.5°,45°,90°及180°6个二态移相器电路组合起来,构成六位数字式移相器,通过二进制代码控制各个PIN二极管,从而得到64个相移状态,实现了输出频率范围为400～450MHz的低插入损耗,高相移精度的六位数字移相器,通过实际测试得到整个六位数字移相器插入损耗低于5.3dB,相移精度小于3°,驻波比小于1.5的较好实验结果,具有比传统设计方法更优良性能。     

电阻应变式位移传感器电路设计与实现

超精密平台中使用压电陶瓷驱动器提供位移进给,采用集成应变式位移传感器的驱动器能够减小磁滞与蠕变特性,提高位移控制精度。设计并实现应变式位移传感器位移检测电路,介绍电阻应变式位移传感器位移测量原理;设计位移传感器电路,采用仪表放大器、同相衰减器与低通滤波器电路得到正比于位移变化的电压信号并输出;最后对位移传感器电路进行实验验证。实验结果表明：设计的传感器检测电路的电噪声峰‐峰值为0．390mV,输出电压分辨率小于0．6mV,对应的位移传感器的分辨可达1 nm ,能够有效提高压电陶瓷的精度。