基于桥式放大机构的柔顺微定位平台的研究

在微位移定位平台设计中,为充分利用桥式机构放大比高的优势,同时使其具有较高的定位精度,在桥式机构的基础上引入了运动导向机构,设计了一种改进型的柔顺微位移定位平台.根据材料力学原理和卡氏定理,推导了该定位平台的放大倍数和固有频率表达式.然后通过有限元软件,对微定位平台的放大倍数和固有频率进行仿真,并与理论计算结果进行了分析对比.最后搭建了微定位实验系统来测试所设计的平台的性能.实验结果表明:该改进型平台的放大比为6.4,固有频率为345.0 Hz.理论模型与有限元仿真得到的放大倍数和固有频率的相对误差分别为2.9%和3.6%,与实验测得的放大比和固有频率的相对误差分别为6.7%和6.8%.实验结果验证了理论模型的正确性.     

压电微定位平台神经网络与专家模糊复合控制方法

为了消除压电微定位平台的迟滞非线性特性,实现高精度定位控制,采用具有两个隐含层的BP神经网络建立压电微定位平台的迟滞模型,以精确描述驱动电压与输出位移的迟滞关系;设计一种基于BP神经网络迟滞逆模型的前馈控制器,对迟滞非线性进行补偿,将迟滞非线性近似线性化.为进一步提高定位系统的精度,提出基于迟滞逆模型前馈补偿和专家模糊控制的复合控制方法.仿真结果表明,该复合控制方法可以将压电微定位平台的定位误差控制在0.091μm以内,从而有效地消除迟滞非线性对压电微定位平台定位精度的影响.     

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.     

压电陶瓷迟滞神经网络建模与线性补偿控制

针对压电陶瓷的迟滞非线性,本文首先进行实验测量得到压电陶瓷的位移迟滞数据;通过分析实验数据,引入线性方程实现压电陶瓷输入电压与输出位移关系的线性化,并建立了基于多项式拟合算法的神经网络迟滞模型;根据迟滞模型设计前馈控制器,分别采用了前馈开环和前馈结合PID的方法对压电陶瓷迟滞非线性进行补偿控制实验.实验结果表明,采用前馈开环控制,压电陶瓷位移主环迟滞减小了91.84%,位移次环迟滞减小了85.67%,位移跟踪的平均相对误差为2.97%;采用前馈结合PID控制,压电陶瓷位移主环迟滞减小了96.42%,位移次环迟滞减小了88.44%,位移跟踪的平均相对误差为2.04%.证明了该控制方法能有效地抑制压电陶瓷的迟滞非线性.     

微位移系统中压电陶瓷驱动器迟滞建模

针对超精密微位移系统中压电陶瓷驱动器的迟滞非线性问题,提出了一种基于遗传反向传播(BP)神经网络的压电陶瓷迟滞非线性建模方法.通过电涡流位移传感器获取压电陶瓷驱动器不同电压值下所对应的位移值;利用六次多项式拟合获得迟滞的数学模型,从而建立基于遗传BP神经网络的迟滞,模型.实验结果显示:该迟滞模型在神经网络测试下的最大误差为0.082 1 μm,平均绝对误差为0.0158 μm.表明,所建的迟滞模型能够较精确地反映出压电陶瓷驱动器的迟滞特性,同时为微位移控制系统设计提供了一定的理论基础.     

柔性机械臂用压电驱动器实现精密定位控制的研究——解析模型、作业空间和可操作性分析

本文提出了利用柔性机械臂的柔性并通过压电驱动器实施精密定位，实现微位移和微力操作的思想．为此针对二连杆柔性机械臂建立了其微位移、微力操作的解析模型，并理论和仿真分析其可达作业空间能力及其可操作性．通过应用例子仿真研究表明方法的有效性，拓宽了压电驱动器应用于柔性机械臂振动控制的思想     

柔性机械臂用压电驱动器实现精密定位控制的研究——解析模型、作业空间和可操作性分析

本文提出了利用柔性机械臂的柔性并通过压电驱动器实施精密定位，实现微位移和微力操作的思想．为此针对二连杆柔性机械臂建立了其微位移、微力操作的解析模型，并理论和仿真分析其可达作业空间能力及其可操作性．通过应用例子仿真研究表明方法的有效性，拓宽了压电驱动器应用于柔性机械臂振动控制的思想     

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.     

具有高位移增幅特性的柔顺并联式x-y-θ微动平台

考虑到微装配和微操作任务对微动平台高位移增幅比、多自由度和低输出耦合比的要求,结合柔顺放大机构和复合平行四边形机构,设计了一种并联式x-y-θ微动平台．首先根据伪刚体方法得到了微动平台的静、动力学模型,然后采用有限元仿真分析了平台的输出位移、转动角度、共振频率和输出耦合比,最后搭建实验测控系统验证了微动平台的开环性能．实验结果表明：微动平台在x和y轴方向的位移增幅比分别为8.1和8.3;当输入位移为20μm时,平台的行程为162.2μm×165.6μm×2547.1μrad,x、y平动方向的1阶共振频率为224.6 Hz和227.7 Hz,x与y轴方向平动时的输出耦合比分别为0.86%和0.91%．位移增幅比和1阶共振频率的实验结果与有限元仿真之间的相对误差分别小于27.2%和6.4%,故而实验测试验证了理论模型和有限元仿真分析的有效性．     

微张力测量模型设计与实验研究

对差分结构的霍尔式张力测量模型进行了研究,基于线性霍尔元件和悬臂梁设计了挠度参变量和转角参变量两种微张力测量模型.应用悬臂梁系统将待测张力转换为位移和转角的变化,并以它们为中间参变量,建立了张力与霍尔电压的线性关系,实现了用线性霍尔元件以磁敏的方式测量张力.模型的对称互补式设计,不仅抵消了非线性变量对测量的影响,还能提高信号输出幅度.模型的差分式电压输出,能够抑制共模干扰和零点漂移.两种模型均能实现单一线性变量测量,实验结果符合理论结论.对比实验研究表明,挠度参变量微张力测量模型的灵敏度和线性度均优于转角参变量微张力测量模型,论述了设计原理并给出了理论计算.     

基于压电效应的激光测振仪校准理论方法研究

在动态测试与校准领域,激光测振技术已经成为动态测试与校准的重要手段,其性能直接影响测量结果,因此对激光测振仪的校准技术研究显得尤为重要。本文提出了一种基于压电效应的激光测振仪的校准方法,设计以压电梁为敏感元件的测试系统,通过理论分析,建立了压电梁的动力学有限元模型,使用ANSYS软件,施加不同的载荷约束,模拟激光测振仪的振动测量环境。仿真结果显示,压电梁的输出响应快、延迟小,无论是直流偏置还是交流激励,激励信号与仿真压电梁输出的位移信号的相对误差都小于1％,实现压电梁对测量光直接进行频率调制,能够对激光测振仪的动态性能进行标定,并提高校准效率和适用范围,为激光测振仪校准技术的进一步研究提供了方法。     

轴向预压缩压电双晶片驱动器静动态特性仿真

研究轴向预压缩力增大压电双晶片驱动位移及力矩问题,对某微型飞行器的压电双晶片驱动器进行了机电耦合场有限元仿真,得到在不同轴向力及电压作用下的静动态特性。为了验证系统可靠性,采用解析解进行比较,结果表明:有限元解和解析解复合较好。采用上述压电双晶片驱动器,在150V电压及25N轴向力的作用下,驱动转角峰峰值为14°,驱动力矩为2.4N*mm,都达到未施加轴向力的压电双晶片驱动器的4倍以上。一阶固有频率为95Hz远大于普通电动舵机,可大幅提高微型飞行器的操稳性。     

基于PVDF的三维机器人触觉传感器有限元分析

为了解决压电层合板层间应力连续性问题,从而更为准确地预测传感器的实际输出,利用COMSOL Multiphysics对基于PVDF压电薄膜的三维机器人触觉传感器进行有限元建模。利用三维线性理论建立了压电层半解析轴对称有限元模型,得出分别沿三个方向施加单向力时触觉传感器各压电薄膜的电压响应。仿真结果与标定值之间的误差小于6%,验证了设计的合理性和可行性。     

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。     

压电驱动器的机电动力学模型研究

为深入研究压电驱动器的输入-输出特性曲线,建立了压电驱动器的机电动力学模型,画出了机电模型的信号流图,解释了压电驱动器产生非线性滞环现象的成因;研发了压电式二维微动平台和电荷反馈式驱动电源,对模型及其预测结果进行了实验验证.理论分析与实验数据表明,压电驱动器外部电荷反馈回路的作用与正压电效应所形成的内部电荷反馈回路的作用是一致的.     

柔性桥式微位移机构位移放大比特性研究

为了分析柔性桥式微位移放大机构的位移放大比特性,利用桥式微位移放大机构的结构全对称性,建立了微位移放大机构的1/4数学模型.采用矩阵法建立了其柔度矩阵,进而推导了桥式位移放大机构的输出位移公式及位移放大比公式.采用ANSYS 11.0软件进行了有限元仿真,并与理论模型进行了分析比较.最后,设计加工了一个实验样件,对理论...     

圆柱形介电弹性体驱动器的试验与分析

为了获得一种结构紧凑的介电弹性体驱动器,以VHB4910 为驱动材料,设计、实现了圆柱形驱动器． 通过对比试验得到的驱动器（有效长度为45mm）最大能够产生8.5mm 的位移,有效区伸长应变达到18.89%．采用 Yeoh 超弹性模型对驱动器进行有限元仿真,得到驱动器的输出位移为6.24mm．仿真与试验结果较吻合,文中分析 了仿真与试验结果之间产生差别的原因．圆柱形介电弹性体驱动器的研究可为该类驱动器的设计、分析与应用提供 指导．     

基于RBF神经网络的压电位移台迟滞非线性建模研究

针对压电陶瓷微位移台固有的率相关迟滞非线性特性,以基于play算子的改进PPI模型构建迟滞算子,结合径向基(Radial Basis Function,RBF)神经网络模型,建立描述压电陶瓷微位移台迟滞特性的率相关模型.研究结果表明,在输入信号频率在10 Hz～90 Hz范围内时,模型输出的最大位移误差为0.399 0 μm～0.932 1 μm,均方根误差为0.259 4 μm～0.565 2 μm,相对误差为0.95％～2.48％.验证了基于PI迟滞算子和RBF神经网络的仿真模型能够准确有效的描述压电微位移台的率相关动态迟滞特性,具有较高的频率泛化能力.该方法易于实现,工程适用性强,具有较好的实用价值.     

集成式微操作器的研制

微操作器是微操作机器人的关键部件，本文基于压电扫描器的工作原理，研制出 压电陶瓷管驱动的三自由度微操作器，通过对四分压电陶瓷管的变形进行静力学分析，建立 了微操作器微位移量与驱动电压的关系模型．研制出微位移检测电路，实现了微操作器机构 、驱动、检测的集成化，设计了微位移闭环控制实验系统，对微操作器进行了静态、动态测 试，得到了微操作器的主要性能指标.实验表明，所研制的微操作器能够满足微纳米定位精 度的微操作需要．     

硅基压电多层膜悬臂梁的偏转模型和优化设计

利用压电多层膜悬臂梁的形变曲率半径,导出了简洁的压电悬臂梁型微执行器的偏转模型.采用此模型,对硅基PZT压电悬臂梁型微执行器进行了模拟和分析.分析获得了各层薄膜结构参数与微执行器偏转位移的关系.根据此分析结果,进一步优化了压电悬臂梁型微执行器的设计,并给出了优化的方法.