压电陶瓷作动器非对称迟滞建模与内模控制

压电陶瓷作动器被广泛应用于精密定位和控制中,但其本身存在的非对称迟滞非线性特性,严重影响了系统的定位和控制精度。针对这一问题,提出了一种基于广义Bouc-Wen模型的非对称迟滞建模方法,并利用差分进化算法辨识模型参数;基于所建的广义Bouc-Wen模型构建了其具有解析形式的迟滞逆模型,并设计了内模控制方案实现对压电陶瓷作动器的精密跟踪控制;最后在压电陶瓷作动器实验平台,对所提出的建模和控制方案进行了实验验证。对压电陶瓷作动器的建模结果表明,系统建模误差均小于0.051 0,比经典Bouc-Wen模型的建模误差降低约21%～46%;对100 Hz内幅值为20μm的期望位移信号的控制实验结果表明,所提出的控制方法具有良好的实时跟踪性能和跟踪控制精度。对100 Hz期望信号的跟踪控制均方根误差为0.491 6μm,相对误差为0.040 2μm,可以很好地满足实际工程需要。     

基于梯形算子的AFM驱动器非对称迟滞性校正

原子力显微镜(AFM)通常采用压电陶瓷(PZT)作为驱动器以实现纳米尺度的观测和操作。然而,PZT自身的迟滞非线性会对AFM观测质量和操作精度产生很大影响。基于Prandtl-Ishlinskii(PI)模型的前馈控制方法可对PZT的迟滞非线性进行补偿,但传统PI模型无法消除PZT的非对称迟滞性的影响。针对这个问题,提出一种基于梯形算子的非对称迟滞模型,并可用系统辨识方法获取逆模型参数,该方法可有效实现具有非对称迟滞特性驱动器的前馈补偿控制。AFM系统实验证明,该模型可有效减小非对称迟滞性导致的建模误差,基于该模型的前馈迟滞补偿控制可有效提高AFM的扫描成像质量。     

宏纤维复合材料作动器非对称迟滞建模与前馈线性化控制研究

宏纤维复合材料(Macro fiber composite, MFC)具有柔性高、驱动力大、机电响应快等优点被广泛应用于柔性结构精密变形控制，但其固有的非对称迟滞非线性特征严重影响控制精度。基于Sigmoid函数的凹凸形特征构造了非对称改进Bouc-Wen模型，采用信赖域反射法和异步粒子群优化相结合的混合算法对模型参数进行辨识，开展MFC作动器前馈线性化控制应用研究。结果表明，改进Bouc-Wen模型能够准确描述MFC作动器非对称迟滞特征，相对经典Bouc-Wen模型，改进Bouc-Wen模型对MFC在0.1 Hz、1 Hz、5 Hz下迟滞曲线拟合的相对均方误差分别降低了73%、71%、52%。非对称修正算子在电压加载和卸载阶段均呈现出凹凸组合修正方式，在电压加载阶段以凹修正为主，卸载阶段以凸修正为主。基于修正Bouc-Wen迟滞逆模型的前馈补偿方法对正弦波和三角波位移跟踪均具有较高的控制精度。     

叠堆式压电陶瓷驱动器的复合控制

提出了逆Bouc-Wen前馈控制与反馈控制相结合的复合控制算法,用于改善压电陶瓷驱动器对目标轨迹的跟踪性能。建立了压电陶瓷驱动器的Bouc-Wen迟滞动力学模型,并用粒子群算法(PSO)对该模型的参数进行识别。基于Bouc-Wen迟滞模型,提出了逆Bouc-Wen前馈补偿控制。最后,为消除迟滞模型的不确定性,引入比例积分(PI)反馈控制,并与前馈补偿控制构成复合控制算法。建立了基于dSPACE实时系统的压电陶瓷驱动实验平台,迟滞实验结果表明:压电陶瓷的迟滞误差量几乎为0,线性度高达96.5%;目标轨迹跟踪实验结果表明:复合控制算法的最大跟踪误差为0.180 5μm,均方根(RMS-Root mean square)跟踪误差为0.055 4μm,跟踪精度达到了10-8 m。相比于开环控制、前馈控制及PI反馈控制,提出的复合控制算法能够基本消除压电陶瓷的迟滞非线性,同时具有很好的轨迹跟踪性能。     

压电作动器非对称迟滞模型的建立和参数辨识

现有的众多基于传统Bouc-Wen改进的压电陶瓷非对称迟滞模型存在参数冗余,降低了模型参数辨识的准确性,而且常用的粒子群算法(PSO)在辨识压电陶瓷非对称迟滞模型参数方面收敛慢且容易陷入局部最优值。为此,首先提出了一种归一化的非对称迟滞模型,采用两个多项式达到非对称效果,利用归一化Bouc-Wen消除参数冗余;然后采用参数和变异策略自适应的差分进化算法进行迟滞参数辨识;建立了相应的测试系统,对压电陶瓷作动器进行了实验研究。结果表明,相比于传统的Bouc-Wen模型,所提出的模型能更精确地描述压电陶瓷实际电压位移曲线,而且消除了参数的冗余,降低了参数辨识的难度。相比于粒子群算法和传统差分进化算法,自适应差分进化算法能更快更精准地找到最优参数值。     

压电陶瓷迟滞非线性前馈补偿器

为了有效补偿压电陶瓷的迟滞非线性,提出了基于STOP算子的改进PI模型以改善传统基于PLAY算子的PI模型解析求逆的复杂过程以及通过插值算法求逆的大量耗时。介绍了传统的基于PLAY算子和基于STOP算子的PI模型,然后基于STOP算子的叠加形式建立了以预期位移为输入,以控制电压为输出的PI模型,并将这一模型直接作为前馈控制器补偿压电陶瓷的迟滞效应。为了更好地平衡全局寻优与局部寻优能力,对粒子群优化算法进行了改进,利用其辨识出各算子的权值。最后,利用实验的方法验证了改进的PI模型对迟滞非线性的补偿效果。进行了两组实验测试,结果显示:无论对于规律变化还是随机变化的输入,提出的改进PI模型都可以很好补偿迟滞非线性,跟踪误差可控制在1%以内。因此,基于STOP算子的改进PI模型在压电陶瓷控制领域中具有很好的实用价值。     

压电作动器的率相关迟滞建模与跟踪控制

为了降低率相关迟滞特性对压电作动器的影响,研究了基于Hammerstein模型的建模方法和实时跟踪控制策略。以改进的Prandtl-Ishlinskii(MPI)模型表示静态非线性部分,以外因输入自回归模型(Autoregressive Model with Exogenous Input ARX)表示动态线性部分,建立了能够描述压电作动器率相关迟滞特性的Hammerstein模型。基于所建Hammerstein模型,设计了基于前馈自适应逆补偿和PI反馈的复合控制策略。最后,设计并实现了基于前馈逆补偿和PI反馈的复合控制策略来对比和验证所设计的控制策略的有效性。验证实验显示:采用文中设计的控制策略实时跟踪100Hz以内,幅值为11μm的单一频率信号和扫频信号以及变幅值的复合频率信号和正弦扫描信号时,均方根误差为0.280 8~0.437 3μm,相对误差为0.016 5~0.024 4,并且具有良好的实时性能。与基于前馈逆补偿和PI反馈的复合控制策略相比,提出的基于前馈自适应逆补偿和PI反馈的复合控制策略具有更高的跟踪精度。     

压电执行器的非对称动态迟滞特性建模研究

传统Bouc-Wen模型难以精确表征压电执行器固有非对称率相关动态迟滞非线性,因此提出一种广义Bouc-Wen(GBW)迟滞模型用于精确表征压电执行器的迟滞非线性。首先,基于传统Bouc-Wen迟滞模型引入两项非对称项和二阶IIR滤波器表征压电执行器非对称迟滞及高频相位滞后特性,进一步分析了模型参数值与频率变化规律并确定了模型的率相关参数。然后,搭建了基于NI CompactRIO测控系统的压电执行器精密定位实验平台,通过粒子群优化算法完成GBW模型的参数辨识,并对提出的GBW模型进行实验验证。实验结果表明,对于变频率正弦激励信号,GBW模型的最大误差为0.190 6μm,均方根误差为0.043 1μm仅占压电执行器位移行程的0.65%,相较于传统Bouc-Wen(CBW)模型及改进Bouc-Wen(EBW)模型分别下降了82.07%和62.10%。对比CBW模型和EBW模型,所提出的GBW模型精度和宽频性能均有显著提升,并且解析逆模型存在易于控制器设计,有助于实现压电执行器在超精密仪器设备中宽频、高速精密定位。     

基于改进PI模型的压电陶瓷迟滞特性补偿控制

压电陶瓷执行器的迟滞特性会降低星间激光通信精瞄系统的定位精度,对信标光的捕获以及链路的稳定性造成影响。针对这一问题,通过分析压电陶瓷执行器迟滞特性产生机理,提出一种基于PLAY迟滞算子的改进(Prandtl-Ishlinskii,PI)数学模型及其辨识方法,并利用该模型对压电陶瓷执行器迟滞特性进行前馈线性化逆补偿。并通过实验来验证数学模型和线性化的有效性,实验结果表明,通过对系统输入不同频率下等幅和减幅正弦控制信号来验证前馈逆补偿性能时,改进的模型最大拟合误差均在1%之内,通过前馈模型逆补偿的控制方法可使压电陶瓷驱动的线性度误差由5%减小到1%以内,并且改进PI模型在计算复杂度上由O(n)简化为O(1)。     

WTYD型压电陶瓷微位移器的迟滞特性模拟

为了模拟WTYD型压电陶瓷微位移器的输出位移与驱动电压之间的迟滞曲线,本文通过采用Bouc-Wen模型模拟迟滞分量提出了一种表征WTYD型压电陶瓷微位移器的输出位移与驱动电压之间的迟滞关系的Bouc-Wen模型并建立了相应的参数辨识方法。为了验证Bouc-Wen模型及其相应的参数辨识方法的有效性,建立了相应的实验装置并对模型进行了实验验证。研究结果表明,本文提出并研究的WTYD型压电陶瓷微位移器的Bouc-Wen模型及相应的参数辨识方法能较好地模拟WTYD型压电陶瓷微位移器的迟滞特性。     

叶切面最大厚度数值计算与应用

以叶切面最大厚度的数值计算方法为基础,探讨叶切面最大厚度计算的计算机实现,介绍叶切面厚度数值计算法的应用实例.     

Natural frequencies of vibration of a class of solids composed of layers of isotropic materials

In a recent paper, the Ritz method with simple algebraic polynomials as trial functions was used to obtain an eigenvalue equation for the free vibration of a class of homogeneous solids with cavities. The method presented is here extended to the study of a class of non-homogeneous solids, in which each solid is composed of a number of isotropic layers with different material properties. The Cartesian coordinate system is used to describe the geometry of the solid which is modelled by means of a segment bounded by the yz, zx and xy orthogonal coordinate planes and by two curved surfaces which are defined by fairly general polynomial expressions in the coordinates x, y and z. The surface representing the interface between two material layers in the solid is also described by a polynomial expression in the coordinates x, y and z. In order to demonstrate the accuracy of the approach, natural frequencies are given for both a two- and three-layered spherical shell and for a homogeneous hollow cylinder, as computed using the present approach, and are compared with those obtained using an exact solution. Results are then given for a number of two- and three-layered cylinders and, to demonstrate the versatility of the approach, natural frequencies are given for a five-layered cantilevered beam with a central circular hole as well as for a number of composite solids of more general shape.     

盘丝极心偏对三爪自定心卡盘找标精度影响的分析

三爪自定心卡盘作为机床的主要附件,已有一百多年的发展历史,尽管目前随着数控技术的不断发展,越来越多地需求高速动力卡盘,但三爪自定心卡盘目前仍有一定的市场。 要保证卡盘可靠地夹紧工件,必须使其有可靠的夹持精度;要保持卡盘的精度,必须要严格控制各零部件公差及误差,如盘丝的极心偏。 　　极心偏是形成圆的渐开线的基圆圆心 (极心 )与盘丝内孔中心不同心所造成的偏差值。它对卡盘精度的影响分两种情况,一是卡爪夹持弧采用配磨,二是卡爪夹持弧采用单磨。本文主要探讨配磨时的影响。 　　卡爪夹持弧采用配磨,即每台卡盘整体…     

双丝杠驱动机构同步分析

介绍了双丝杠驱动机构工作原理,论述了双丝杠运动产生不同步的原因以及如何判定与解决同步问题。     

圆柱面素线的直线度公差带解析

详细分析了圆柱面素线的直线度公差带在新旧标准中定义和解释的区别，并从对圆柱面素线实际要素检测的角度，提出了推行新标准的实际意义。     

膨胀套导向机构的设计

通过分析膨胀套在实际使用产生滑移受阻现象、卡死现象原因的实质,并在分析产生问题原因的基础上提出了改进措施即：增加导向机构。     

广州地铁APM列车制动机理分析

根据广州市珠江新城旅客自动运输系统(APM)列车的运行特点,介绍APM列车制动系统的制动方式及其特点,分析APM列车动态制动和摩擦制动的工作机理及其区别和联系,阐明APM列车制动系统的电控制过程和气控制过程,从而为APM列车制动系统的维护和管理提供一定的依据.     

磨粉机快辊轴承座加工工艺设计

设计了磨粉机快辊轴承座的加工工艺和具体的工装夹具.利用卧式加工中心加工磨粉机快辊轴承座,辅以能够高效快速夹紧的夹具,既可以保证加工精度,又能够提高加工效率.     

活塞销孔加工工艺的改进

我公司于８０年代末引进Aspera公司年产８０万台冰箱（冷柜）压缩机生产线及软件技术，在压缩机加工中，活塞销孔（如图１所示）的加工是难点之一。用镗床加工，质量一直难以达到要求，废品率很高。后来我们将Aspera公司的加工工艺即精镗后滚光改为精镗后用金刚石铰刀粗、精铰孔，由此解决了这个技术难题。（１）原意大利Aspera公司工艺简述其工艺流程为：钻６．５通孔→扩孔至７＋０．１→粗镗７．４７３＋０．０３６、圆柱度０．０１→精镗至７．９３５＋０．００６、圆柱度０．００２→滚光７．９３８＋０．００６、圆柱度０…     

我校工业设计教育改革初探

针对目前市场对工业设计人才的需求,本文论述了我校在工业设计教育方面的改革措施,着重介绍了我校工业设计教育在软件和硬件方面所进行的一系列的改革。