Structural Design and Control Strategy Analysis of Micro/Nano Transmission Platform

A fully flexure micro/nano transmission platform(MNTP)which has five degrees of freedom is designed on the basis of bridge type amplification mechanism.According to the kinematic theory and the elastic beam theory,the theoretical output displacement equation of the platform is derived,and then piezoelectric actuator(PZT)is calibrated.Meanwhile,a full closed-loop control strategy of the platform is established using the feedforward proportional-integral-derivative(PID)compound control algorithm based on the Preisach model.Moreover,the total transfer function of the micro positioning system is derived,and the calculation method of output signal is acquired.Finally,the theoretical output displacement is verified by finite element analysis(FEA)and positioning experiments.

压电陶瓷精密转动平台的转角精度测量

提出了一种亚角秒精度的转角测量方法。利用ZYGO数字干涉仪测量压电陶瓷转动平台驱动待测标准平面镜偏转前后镜子面形精度的PV(Peak Valley)值,二者的差值除以待测标准平面镜的直径,其结果近似等于压电陶瓷转动平台转动的角度。通过测量与误差分析,验证了压电陶瓷转动平台的转角精度小于1μrad(0.2″),而测量的总误差和压电陶瓷转动平台移动的角度大小有关,移动距离越大,产生的误差越大,但其相对误差小于1%。本测量方法证明压电陶瓷精密转动平台转角精度达到了极紫外太阳望远镜(EUT)0.8″的角分辨率的要求。

基于压电偏转镜的激光扫描系统设计

相比其他诸如音圈和检流计之类的驱动器,压电陶瓷驱动的偏转台和扫描镜具有更快的加速度和更高的带宽,采用位移传感器的闭环系统具有很高的定位精度。针对扫描范围±1 mrad,分辨率几个μrad的激光扫描系统技术要求,提出了以压电陶瓷驱动的偏转镜为核心部件的扫描系统。该系统采用两通道16位D/A,经过数模转换后送功率放大器放大后控制摆镜偏转,系统采用了电阻应变片位移传感器的闭环控制,提高了定位精度。测试表明采用压电陶瓷驱动的偏摆镜分辨率达到0.4μrad,线性度达到4μrad,重复定位精度达到1μrad,完全满足扫描系统的要求。

基于压电偏转系统的卫星平台振动补偿

针对卫星平台振动严重影响空间光通信跟瞄精度的问题,提出了基于压电偏转控制系统的扰动补偿方案。建立了压电偏转系统的数学模型,设计了基于改进型最小均方根(LMS)滤波算法的自适应控制器,分析了最优步长选择的影响因素。针对输入信号的相位延迟问题,设计了自适应延迟滤波器,不仅有效地补偿了相位延迟,还可通过自适应调节输入信号相位,在不增加步长的前提下提高收敛速率。最后进行了实验验证,结果表明补偿后的残余误差仅为μrad量级,补偿因子达85%以上,验证了补偿算法的有效性和可行性。

压电驱动微型振动平台的仿真分析

针对航天领域一些微型零件的测试要求,设计了一种以压电元件为驱动源,结合柔性铰链机构的微型振动平台,建立了微型振动平台的有限元模型,模拟几种常见的控制波形,对平台在多点激励下的动态特性进行了仿真分析。结果表明,可以通过计算机设计复杂控制波形,使平台变换姿态或按一定规律振动。该文的仿真分析为平台的进一步研制提供了重要的参考依据。

压电驱动串级菱形位移放大微定位平台的设计

针对二维微定位平台普遍具有体积大、行程小的问题,提出一种串级菱形位移放大机构,设计了嵌套式压电驱动二维微定位平台。根据平台运动原理建立了平台的力学模型并进行放大比分析;对平台进行静态特性分析,研究平台所受驱动力与输出位移的关系并进行理论与仿真对比,测试平台的输出位移特性;对平台进行动态特性分析,建立平台的动力学模型,研究平台闭环阶跃响应进行仿真与实验对比;对平台进行闭环最小位移分辨率、重复定位精度和平台运动偏转误差分析。实验结果表明,该压电驱动串级菱形位移放大微定位平台具有大行程、体积小、精度高的特点。

微切削系统中微调平台的调平机理及实验

针对硬脆材料切削系统中对加工精度的极高要求,设计了一套基于压电陶瓷为驱动、以柔性铰链为传动和支撑的高精度微调平台。分析了该机构的调平原理,采用三点调平法对所设计的平台进行分析和处理,并进行了运动轨迹讨论。采用ABAQUS软件对平台进行有限元仿真,并进行调平试验验证,将仿真、试验与理论分析结果进行对比,证明了调平原理和方法的可行性。