压电陶瓷微位移器件控制模型的研究

从不同角度介绍了压电陶瓷微位移器件的两种控制模型。首先,借助于统计物理学分析,结合数学建模方法,建立了一个简单实用的压电陶瓷的迟滞数学模型。其次,借助于弹性体变形理论,介绍了压电/电致伸缩陶瓷的归一化控制模型,从理论上说明了采用电极化强度的方法可以有效减小迟滞的观点。并设计了两种实验系统,对两种控制模型进行了实验验证,实验结果表明,所建立的两种模型可有效减小压电陶瓷的迟滞非线性误差,提高压电陶瓷微位移的控制精度,有助于实现压电陶瓷驱动器的高精度开环微位移控制。

基于压电驱动的纳米级精密定位系统的研究

利用压电陶瓷致动器作为驱动元件设计了X-Y两自由度精密定位工作台,并利用有限元分析法对机构进行了优化设计,采用电阻应变片作为微位移检测传感器,在此基础上设计了闭环控制器,该控制器包括压电陶瓷驱动单元、微位移传感器检测单元和中央处理单元,最后利用PID控制法进行了闭环控制实验研究。实验结果表明,本系统具有较好的控制品质和优异的动态性能,在对10μm×10μm两自由度工作台的控制中,闭环控制精度达10nm,阶跃响应的稳定时间小于8ms。

压电陶瓷致动器自适应逆控制方法的研究

压电陶瓷器件在精密定位和微位移控制中得到了广泛的应用 ,但是它也存在着迟滞、蠕变和位移非线性等不足。该文将自适应逆控制思想应用于对压电陶瓷致动器的控制。通过对其机电变换特性的分析 ,用自适应法建立压电陶瓷的迟滞蠕变模型和逆模型。并且在此基础上建立实验系统 ,对压电陶瓷致动器进行自适应逆控制法的研究。实验数据分析结果表明 ,该控制方法有良好的学习功能 ,系统的输出线性误差从 2 8.1%减少到 1.5 6 %。

基于预加工孔CCD图像的零件视觉定位

针对在薄板和微型零件上冲裁加工时装夹定位的难题,采用了一种基于预加工孔CCD图像来定位工件位置的方法。这种定位方法的精度取决于图像孔位置的测量精度。对此提出了Hough变换与最小二乘圆相结合的圆孔位置测定方法,消除了孔表面污渍、表面粗糙度及其它噪声的影响。该法利用二维灰度直方图对图像进行二值化处理,在对其边缘检测的基础上采用Hough变换粗测定以及最小二乘圆精密测定方法。仿真与实验证明孔位测定结果兼具鲁棒性与精密性。该方法实现了工件的微米级定位。

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 .

基于高精度测微仪的晶圆预对准方法

现有的基于高精度测微仪的预对准方法需交换晶圆才能够完成操作.为提高其效率,介绍了一种无需晶圆交换的预对准方法.该方法采用缺口定向先于圆心定位的预对准顺序,通过一维旋转和二维直线平移完成晶圆的定位.另外,还给出了该方法重复定位晶圆圆心和缺口的误差表达式.针对线性最小二乘圆拟合算法进行晶圆缺口拟合时计算精度不易保证的问题,提出了一种非线性晶圆缺口拟合算法,即利用Levenberg-Marquardt算法直接求解缺口边缘拟合问题.精度测试结果表明,该算法的计算误差近似为现有缺口拟合算法误差的1/2.

微定位仿生机器人的设计与实验研究

根据尺蠖运动原理设计了一种新型微定位仿生运动模块,以压电陶瓷作为驱动元件,柔性铰链为导向机构,实现大范围移动和高精度定位。采用模块化设计思想,将两个运动模块集成,研制成功两维微定位仿生运动机器人。研制压电陶瓷驱动双重杠杆放大的刻字作业工具,并与微定位机器人结合实现了光盘表面的刻字作业,验证了系统的有效性。

变体衍架伸缩臂柔体动力学仿真

变体衍架伸缩臂在水平方向工作时,刚度随着伸缩位置的变化而微量变化,产生末端下沉和振动,并在非运动轴产生附加耦合运动量,影响动力学特性及精度。采用刚柔混合仿真方法对其进行研究,分析影响其末端下沉和振动的主要因素,对其进行优化设计,提高了变体衍架伸缩臂的动力学特性。

基于网络管理的工业电子称重单元设计

通过对测量和控制硬件的设计、网络系统的配置和相应软硬件资源的支持对工业电子称重单元进行了设计。该单元具有高精度测量、多路控制能力和可以通过网络实时管理等特点。

颗粒物质中的沉降阻力

作者对颗粒物质中沉降物体受到的阻力进行了资料调研,并对其中的一些基本物理量之间的关系进行了分析和讨论,揭示颗粒物质系统普遍存在的非线性规律.

基于PZT的微驱动定位系统及控制方法的研究

介绍了基于PZT驱动的一维微动工作台。该微动台采用柔性平行板铰链机构,对其进行了出力和位移关系的分析,并且进行了ANSYS的有限元分析设计,求得了系统的固有频率和最大位移。其理论分析、有限元计算和试验测试结果的对比分析的一致性说明了理论分析的正确性和数值分析的可靠性。使用精密光栅进行微位移闭环检测,使用哈工大博实精密测控公司研制的压电陶瓷驱动电源。采用单神经元自适应PID控制算法对系统进行控制,单神经元具有自学习和自适应能力,而且结构简单易于计算;而传统的PID调节器也具有结构简单、调整方便和参数整定与工程指标联系密切等特点。推导了单神经元自适应PID控制器,并进行了实验,微位移为20μm时的响应时间为12ms,实验证明了该方法的有效性。

精密微塑性成形系统的研制

随着微型零件尺寸的减小,对成形设备提出了更高要求,传统的塑性成形设备难以在小行程下实现载荷和位移的精确控制。针对微成形的特点研制了精密微塑性成形系统,设计了宏动/微动相结合的驱动系统,微动部分使用压电陶瓷作为驱动器,宏动部分采用精密丝杠旋钮来实现,借助数据采集系统进行数据的实时采集和处理,使用成形工艺控制器对微成形过程进行精确控制,该系统可以对模具进行加热以实现等温成形,由温度PID控制器控制。使用该精密微塑性成形系统进行了微成形试验,所成形的微型齿轮零件质量良好。

基于微操作的大行程高分辨率旋转微驱动器的研究

根据仿生学原理 ,采用分立式布局 ,研制出大行程高分辨率旋转微驱动器。该微驱动器采用电磁铁箝位、压电陶瓷驱动的爬行式步进机构形式 ,实现了光学镜面的二维微调整操作。实验表明 ,该微驱动器具有分辨率高、行程大、步距可变等特点 ,也适用于其它微操作中大行程高分辨率的旋转驱动。

自由空间光通信ATP系统中精瞄偏转镜的设计

二维精瞄偏转镜是自由空间光通信中捕获、跟踪和瞄准(ATP)系统的关键组成部分,对偏转镜进行了机构设计和有限元模态分析,偏转镜采用压电陶瓷驱动器驱动,采用柔性铰链传动。研制了集驱动、检测、主控模块为一体的数字式精密定位控制器,在实验室构建了两套测试系统,对偏转镜的频率和静态性能进行了测试,并着重介绍了频率的两种测量方法及其优缺点分析。仿真和测试结果表明,偏转镜的频率约为1.5 kHz,转角范围约为±2 mrad,精度约为1μrad,分辨率约为0.1μrad。

新型二维纳米级微动工作台的动力学分析

提出一种新型、集成式压电驱动两自由度nm级微定位工作台系统 ,工作台采用直角柔性平行板铰链 ,实现X ,Y方向的运动 ,采用杠杆放大柔性铰链机构实现对压电陶瓷位移的放大。并对这种新型结构形式理论分析与实验测试。根据拉格郎日方程建立微动工作台的运动微分方程 ,推导出系统前两阶固有频率的解析式。采用有限元分析方法对微动工作台进行模态分析 ,得到微定位工作台有效工作的谐振频率和振型 ,并对微动工作台的模态频率进行了实验测试。经理论分析、有限元计算和实验测试结果进行对比与分析的一致性说明理论分析的正确性和数值分析的可靠性。

压电陶瓷微位移器件迟滞模型的研究

在通过统计物理学角度分析压电陶瓷迟滞规律的基础上,结合数学建模方法,提出了一种简单实用的压电陶瓷迟滞数学模型。并设计了压电陶瓷实验控制系统,对迟滞数学模型进行了验证,实验结果表明,此模型可以有效减小压电陶瓷的迟滞非线性误差,提高压电陶瓷微位移的控制精度,本研究有助于实现基于压电陶瓷的高精度开环微位移控制。

ICF靶支撑定位机器人系统研究

在对惯性约束核聚变(ICF)靶支撑定位功能分析的基础上,设计并制造了一套用于靶精密定位机器人系统,主要包括靶库机构、换靶机构、送靶机构和6自由度精密并联机器人机构,论述了各部分的工作原理和组成。系统在末端采用并联机器人来实现对靶的精密定位,测试了靶场环境下系统的运动指标。测试结果显示:系统可在真空条件下实现对靶的精确定位、换靶、送靶工作,靶定位精度达到μm级,定位时间随精度的提高而延长。

压电陶瓷微位移系统的模糊PID控制方法

针对压电陶瓷器件在精密定位控制中存在的迟滞、蠕变和位移非线性等不足,将模糊控制和PID控制相结合,根据各自的特点设计了模糊推理自校正PID控制器. 该控制器通过模糊推理来实现控制器参数的实时优化,且算法实现简单. 在此基础上建立实验系统,实验证明了该控制器适于压电陶瓷微位移系统.

压电陶瓷管驱动三自由度微操作手的研究与应用

基于机构、驱动、检测一体化的设计思想 ,研制出压电陶瓷管驱动的三自由度微操作手 ,研究了微操作手的建模、驱动与位置检测 ,给出了静力学建模公式 ,研制出双极性压电陶瓷驱动电源、微位移检测电路 ,并构成高精度位置闭环控制系统 ,实现了纳米级微动定位。最后以微操作手为核心构成微操作机器人系统 ,通过微操作手的微动调整 ,成功完成了直径为 0 .2 m m轴孔零件的微装配任务。

2-DOF平面并联机器人结构参数优化的研究

提出了一种新颖的高速高精度机器人机构:采用高速精密直线电机驱动-2-DOF平面并联杆机构.在杆机构的设计中,以结构紧凑和抑振为目标,分别采用模拟退火算法和有限元动力仿真进行了几何尺寸和截面尺寸的优化,并提出了一种基于本模型特点的新解产生机制.实验测试结果表明:经优化设计后的平面并联杆机构刚度大,高速运动下的残余振动<1 μm,直线电机的稳定时间成为决定机器人稳定时间的关键因素.