基于C8051F120单片机的压电陶瓷特性测试平台设计

压电陶瓷固有的迟滞、蠕变和非线性特性,严重的影响了它的定位精度。提出了基于C8051F120单片机与DGS-6B数显电感测微仪的对于压电陶瓷微位移驱动器的迟滞、蠕变和非线性等特性研究的方法,实现了对压电陶瓷相关特性测试。     

压电陶瓷电特性测试与分析

通过对压电陶瓷器件进行阻抗测试可得到压电振子等效电路模型参数与谐振频率。通过对压电陶瓷器件电容值、温度稳定性、绝缘电阻、介质耐电压等电性能参数进行测量与分析后可知:压电陶瓷器件电特性符合一般电容器特点,所用连接线材在较低频率下寄生电容不明显,在常温下工作较稳定,厚度较厚的产品绝缘性和可靠性指标较好。     

基于多项式拟合的压电陶瓷迟滞神经网络建模

在压电陶瓷致动器优化设计的研究中,针对压电陶瓷的迟滞非线性特性,提出了一种基于多项式拟合算法的神经网络建模方法.由于压电陶瓷驱动器的迟滞现象是一种多对多的映射关系,而传统的建模方法只能对一对一映射进行建模.为解决上述问题,在对压电陶瓷迟滞现象的形成原因和特点进行深入分析的基础上,采用多项式拟合和神经网络相结合的方法对压电陶瓷驱动器的迟滞现象进行建模.仿真结果表明,采用多项式拟合算法的神经网络建模克服了传统建模方法只能对迟滞曲线进行分段建模的局限性,且拟合精度比较高,神经网络正模型的拟合误差为1.45％,神经网络逆模型的拟合误差为1.16％.表明上述神经网络模型精确地反映了压电陶瓷的迟滞特性.     

大位移压电陶瓷驱动器的有限元分析

为研究压电陶瓷驱动器的驱动效能,制作了大位移压电陶瓷驱动器.基于压电陶瓷材料的机电耦合特性,应用动力学有限元分析方法,将大位移压电陶瓷驱动器离散成一系列四面体单元,分别进行了力学和电学分析.根据压电陶瓷的基本压电方程,耦合了位移模式与电场模式的有限元模型,建立了压电陶瓷驱动器的有限元动力学模性.利用有限元分析软件ANSYS中的直接耦合场进行分析求解,分析结果与试验测量值取得了良好的一致,证实了利用压电陶瓷双晶片弯曲变形,制作的大位移压电陶瓷驱动器结构设计的合理性.该分析方法对压电陶瓷驱动器的设计、制造与测试具有理论指导意义.     

压电陶瓷换能器收发系统幅频特性建模与分析验证

压电陶瓷超声波系统是实现物体探测的重要方法。本文基于压电陶瓷换能器收发系统的等效电路模型,通过引入声波衰减系数建立了发射换能器激励电压与接收换能器输出电压间的关系,并求解出了该等效电路模型的传递函数。实测数据与传递函数仿真数据对比表明,收发系统幅频特性的仿真曲线与实测曲线基本一致,验证了所给等效电路模型与传递函数的正确性。     

基于自适应PI模型的压电陶瓷驱动器精密定位方法

由于具备较高的定位精确度,压电陶瓷驱动器在超精密加工、微纳米测试等领域应用广泛,然而压电陶瓷固有的迟滞性严重影响其定位精确度。本文研究驱动范围对压电陶瓷驱动器迟滞性的影响,实验得出迟滞性随驱动范围增大而显著。而在压电陶瓷驱动器的实际应用中,驱动范围是其主要的设置参数之一。为此,本论文提出基于自适应Prandtle-Ishlinskii（PI）模型的拟合方法,根据不同驱动范围下获得的迟滞曲线的斜率变化趋势设置分段区间,采用二次规划算法辨识PI模型的权重参数,基于分段区间对迟滞曲线进行拟合,大大提高了拟合精确度。设计基于自适应PI模型的逆模型作为前馈控制器对压电陶瓷驱动器进行迟滞补偿,并搭建基于Labview的实验平台验证了该算法的可行性。实验结果表明,基于自适应PI逆模型的前馈控制器将压电陶瓷驱动器的定位精确度提高至1.8nm。     

压电陶瓷驱动器的建模分析与自适应逆控制

压电陶瓷驱动器的迟滞特性可用 Prandtl- Ishlinskii启动模型 (PIOP)描述 ,基于此本文提出一种自适应逆控制方案 .对象和逆控制器分别由一个 Prandtl- Ishlinskii停止模型 (PIOS)表示 ,应用稳定的归一化修正梯度算法 ,进行权值在线更新并收敛于驱动器逆模型实际值 .以降低非线性导致的控制误差提高控制品质     

压电陶瓷微位移驱动器在IC封装设备中的应用研究

在IC封装设备中，由于直线导轨的扭摆，造成的封装工作台工作梁末端的定位误差，是使工作台定位精度降低的一个主要原因。由于IC封装的高速高精度特性，使一般的误差补偿系统无法在其上进行应用。本文讨论了一种基于压电陶瓷的新的误差补偿方法，该方法通过电涡流传感器对直线导轨偏摆误差进行测量，从而在末端用压电陶瓷微位移补偿系统进行偏摆误差补偿，最后通过实验验证了方案的可行性。     

压电陶瓷驱动器非线性建模研究

压电陶瓷驱动器电压位移之间的非线性特点严重影响着它的位移控制精度,建立压电陶瓷驱动器非线性模型是纳米级微位移测控中的关键环节.采用支持向量机回归的方法,通过引入核函数和损失函数将非线性回归转化成线性问题并提高回归精度,建立了一种新的压电陶瓷驱动器外环非线性模型,并就模型的准确性与其它建模方法进行了比较.试验证明,所建的基于支持向量回归的压电陶瓷驱动器非线性模型很好的描述了压电陶瓷驱动器外环非线性特点,误差控制在2%以内,并且建模过程简单,准确性高.     

压电陶瓷驱动器迟滞建模方法研究

压电陶瓷驱动器是原子力显微镜(AFM)的关键组件。AFM在生物、材料及半导体等领域应用广泛,而利用AFM获得高精确的测试结果依然面临诸多挑战。其中,压电陶瓷驱动器具有迟滞、非线性等特点,在大范围高频工作状态下,对定位精度的影响更显著,这严重限制了AFM的进一步应用。本文围绕大范围压电陶瓷驱动器的迟滞性展开研究,设计一种基于改进型多项式拟合算法的迟滞建模方法,使得拟合模型可随输入信号频率的变化而变化,充分提高压电陶瓷迟滞模型的准确性。实验表明,该方法可为压电陶瓷驱动器建立准确的迟滞模型,建模过程简单,通过设计基于该迟滞逆模型的前馈控制算法,可使驱动范围在100μm的压电陶瓷驱动器的线性度提高至1.5%。     

基于LabVIEW的幅频特性测试系统软件设计

针对幅频特性信息采集的专用仪器价格昂贵的问题，自主研制了基于通用信号源和频谱仪的幅频特性测试系统，运用LabVIEW编程语言设计了测试系统软件，实现了仪器的自动控制，数据的自动处理、分析、显示和存储等功能。对前置功率放大器进行了实际测试，将测试结果和Agilent N5230A矢量网络分析仪的测试结果进行了对比，验证了所开发的幅频特性测试系统的有效性。     

基于压电陶瓷执行器的车削振动控制系统研究

针对车削加工时振动对加工精度的影响,设计了一种车削振动主动控制系统,系统控制器采用基于人工免疫系统的改进型反馈控制器,执行器采用压电陶瓷材料设计制作,建立压电陶瓷执行器和专用刀架传递函数模型,在Matlab环境下进行建模仿真,当振动频率在50～150Hz时仿真结果表明该控制系统能抑制振幅97%以上;另外进行了现场试验,以普通45#钢为车削工件,车削深度为0.07mm,在正常转速下对车削振动进行主动控制,结果证明设计的车削振动控制系统能抑制车削振动幅度37%以上。     

一种硅谐振压力传感器敏感芯体的特性测试

针对某型硅谐振压力传感器的压力敏感芯体,主要测试了该压力敏感芯体的幅频特性、相频特性、对气压的响应、对直流偏置电压的响应等关键特性,从而结合自激振荡理论,指导该传感器的驱动电路的设计与改进。该压力敏感芯体激励与输出信号分别为mV级、μV级的正弦波信号,信号发生器与示波器难以进行稳定、精确的激励与测量。使用矢量网络分析仪对某型硅谐振压力传感器进行稳定、精确的激励与测量,得到了要实现传感器稳定工作驱动电路必须达到的幅频条件与相频条件等关键指标,进而指导传感器的设计与应用。     

基于虚拟仪器的压电微位移驱动器线性化研究

根据压电陶瓷的非线性特性,提出了一种采用离散电压标定和控制压电微位移驱动器线性化的方法。利用数模输出卡,输出不同步长的单个的离散电压,控制压电陶瓷伸长的速度,从而达到利用选取的电压值参数来控制压电陶瓷伸长速度的目的。选取恰当的电压值,可以使得压电驱动器在时间域上线性地伸长而达到线性化。设计基于Labview的控制系统,并对线性化方法进行了原理分析和实验。实验结果表明,该系统可以有效地在0—300V范围内使压电微位移驱动器的伸长量与时间成线性关系,定位精度为1nm。     

一种基于LabVIEW图形化编程的PID控制算法及其应用

对偏差进行PID控制的算法在实际工程上具有重要意义.本文首先介绍了传统的PID数字算法,然后分析了其不足之处,并提出了一种削弱积分过度积累的PID算法.由于基于图形化编程的LabVIEW软件的应用日益广泛,可以很方便地实现并行任务处理,本文利用LabVIEW图形化编程实现了这种PID算法,并给出了在光存储演示系统上的应用实例.     

基于压电陶瓷的柔性机械臂主动振动控制实验研究

柔性机构因其工作效率高,能量消耗低和结构简单等优点被广泛应用于机器人领域.但柔性机构由于刚度较低,易产生弹性振动,使机器人的定位精度和运动精度降低.为了验证在前期的工作中提出的柔性机械臂主动振动最优控制位置分析的正确性,搭建了一个基于Labview的测试系统.在柔性臂上不同位置粘贴压电片来实现对柔性臂不同位置的主动振动控制,通过测试系统得到最优控制位置处和最优控制位置附近的柔性机械臂振动的传感电压,根据控制前后传感电压的变化分析柔性臂抑制的强弱.根据实验结果显示,柔性臂在前三阶振动下,分别在其最优控制位置上获得最高的抑振率,从而验证了最优控制位置的有效性.     

基于增量PID的压电微位移器驱动控制系统开发

对基于数字增量PID算法的压电微位移器驱动控制系统进行了理论分析和开发研究,提出了基于数字增量PID算法的压电微位移器控制系统的设计方案,并利用通用计算机及数据采集板对其进行了开发,最后将该微位移控制系统用于基于压电堆驱动器的机械手手指张合运动控制系统中,取得了良好的控制效果.该微位移器控制系统具有实现简便、控制效果好...     

Modeling and Tracking Control for Piezoelectric Actuator Based on a New Asymmetric Hysteresis Model

This paper presents a new asymmetric hysteresis model and its application in the tracking control of piezoelectric actuators. The proposed model is based on a coupled-play operator which can avoid the conventional Prandtl-Ishlinskii (CPI) model's defects, i.e., the symmetric property. The high accuracy for modeling asymmetric hysteresis is validated by comparing simulation results with experimental measurements. In order to further evaluate the performance of the proposed model in closed-loop tracking application, two different hybrid control methods which experimentally demonstrate their performance under the same operating conditions, are compared to validate that the hybrid control strategy with proposed hysteresis model can mitigate the hysteresis more effectively and achieve better tracking precision. The experimental results demonstrate that the proposed modeling and tracking control strategy can realize efficient control of piezoelectric actuator.      

基于LabVIEW的机器人的运动控制系统研究

为了减少机器人运动轨迹误差,实现对机器人的精准控制,提高机器人的运动效率,设计了基于LabVIEW的机器人的运动控制系统;采用了NI公司的控制板卡,选用了Odriver驱动器作为主控制器,选用大力矩伺服电机作为驱动电机,实现运动控制系统的硬件架构的设计;通过脉冲信号驱动电机运动,获取机器人的运动轨迹数据,通过进行对控制...