压电微动平台的改进PID控制

为使压电微动平台具有良好的静动态特性,即响应快,超调量小,无振荡及稳态误差小,采用比例、积分、微分(PID)控制法来对其进行定位控制。将常规PID控制中积分环节的矩形积分改进为梯形积分,以提高压电微动平台的控制精度;采用微分分离法对常规PID控制中的微分环节进行改进,以使压电微动平台在具有良好稳定性的情况下,具有很快的响应速度。实验验证了压电微动平台改进PID控制的有效性,结果表明,压电微动平台对4μm阶跃参考位移的响应时间为0.05s,输出略有超调,但无振荡,且稳态误差几乎为0;在变幅值三角波及任意波形参考输入作用下,压电微动平台的输出可很好地跟踪输入。     

基于阈值优化的压电微动平台迟滞模型

为减少PI迟滞模型的无效算子数,进而提高模型的运算速度,采用阈值优化法来改进PI迟滞模型。采用PI迟滞模型拟合被描述对象的实测曲线时,实测曲线在各阈值点处的斜率可用该点处迟滞算子的权重和来表达,该权重和越接近该点曲线的斜率,PI迟滞模型的精度就越高。这样便可在保证模型精度满足要求并使其在各阈值点处相同的情况下,对模型的阈值进行优化,进而减少模型的算子数。根据测得的最大实测升程曲线,基于阈值优化法,建立了压电微动平台的迟滞模型。实验结果表明,所建模型算子数仅为7个,且不含无效算子;在0~15.94μm的位移范围内,所建模型的误差变化范围为0.23~0.40μm,即1.4%~2.5%。所建模型可较好地描述压电微动平台的迟滞非线性。     

电压驱动与电流积分器相结合实现压电电荷控制

用电荷控制可以补偿压电执行器的位移迟滞，文中在分析几种电荷控制方案不足的基础上，提出了集电压驱动和电流积分器为一体的驱动方法，积分器能获得压电电荷，却不影响驱电压，为补偿压电漏电，给积分器增加了漏电流补偿电阻，基于此驱动电路可实现电荷控制，文章用于开环位移监测和闭环PID控制的线性位移跟踪，证实了该电荷控制方法的有效性。     

四自由度压电自感知微夹钳的设计

为提高压电微夹钳操作的灵活性,省掉用于检测其位移的外部传感器,该文设计了一种新型的四自由度压电微夹钳,并采用自感知方法获得其钳指位移。首先,基于两组空间垂直交叉的横向逆压电效应,设计了在夹持方向和垂直夹持方向上同时运动的四自由度压电微夹钳新结构;其次,基于压电晶片在电压作用下发生变形的同时在其表面产生电荷的思想,提出了电荷积分的自感知方法获取压电微夹钳的钳指位移;最后,通过实验测试了压电微夹钳的静动态特性及位移自感知特性。实验结果表明,基于自感知方法获得的位移与基于传感器获得的结果具有较好的一致性。     

多层压电执行器输出位移的模糊神经元PID控制

为了提升压电执行器输出位移的性能,该文采用模糊神经元比例、积分、微分(PID)控制器对其输出位移进行控制。首先,分析了压电悬臂梁执行器机电特性,搭建其动力学模型;其次,将模糊算法、神经元、PID三者相结合,设计出一种能快速、精确、抗干扰能力强的控制器;最后,对压电悬臂梁执行器控制系统进行了仿真,并通过实验验证了该控制器的性能。结果表明,压电执行器对5 μm阶跃目标位移的响应时间为0.3 s,且无超调,稳态误差中线由无控制时的0.57~0.66 μm减小为几乎为0;在跟踪由正弦信号、常值信号、斜坡信号所组成的目标位移时,跟踪误差几乎为0。该文所设计控制器可消除压电执行器的定位误差,并使其具有抗干扰能力强,响应迅速,无超调量等优点。     

卧式加工中心早期故障数据库的建立

卧式加工中心出厂前必须进行早期故障试验。本文根据卧式加工中心的结构特点，对其早期故障进行分类，并制定了关联性故障的判据，进而建立卧式加工中心早期故障数据库，为卧式加工中心早期故障的研究提供基础数据及框架。卧式加工中心早期故障数据库包括故障部位、故障模式、故障原因、故障发生时间、故障修复时问等内容，最后以实例对卧式加工中心早期故障数据库进行说明。     

基于纳米定位的压电陶瓷执行器控制方法的研究进展

压电陶瓷执行器在较高电场的作用下将产生严重的非线性，迟滞和蠕变，从而大大降低了它的定位精度。从控制方式，驱动方式和控制算法上，分析，总结了国内外关于纳米定位中压电陶瓷执行器的各种控制方法，进而提出：压电陶瓷执行器在静态或对频响要求不高的场合下，应采用电压驱动，电容传感器反馈并同优良控制算法相结合的控制方法；而在对频响要求较高的场合下，应采用电荷驱动、电容传感器反馈并同优良控制算法相结合的控制方法。     

基于状态观测器的压电自感知执行器研究

压电执行器存在迟滞非线性,常需要附加位移传感器以组成闭环校正。拟用执行器自感知位移和力,省去外部传感器。对压电双晶片执行器设计了电压驱动电路,同时用积分电路获取其上电荷的复合电路。基于此电路,无外载荷下,执行器可以自感知位移;有外载荷下,采用状态观测器方法,执行器可估计自身结构位移和应力,观测器中用广义Maxwell滑动模型描述迟滞以补偿迟滞非线性。基于观测器的自感知方法避免了电桥法自感知电路阻抗不易匹配的问题。试验证明了上述方法用于压电自感知位移执行器的有效性。     

并联三钳指柔性压电微夹钳的设计与分析

为增大柔性微夹钳可操作物体的范围、增加操作过程中的稳定性、降低对可操作物体的损伤、消除垂直于输出位移方向的耦合位移,基于二级杠杆位移放大机构、桥式位移放大机构、位移导向机构,设计了一种单压电执行器驱动并联三钳指的柔性微夹钳.首先,描述了并联三钳指微夹钳的结构特征与工作原理;然后,根据微夹钳的柔性特征构建其输出位移放大倍...