可调谐半导体激光器压电驱动系统的优化设计

针对可调谐半导体激光器中普遍存在的输出光频率无跳模调谐范围小、扫描频率低、结构复杂等亟待解决的问题,研究了可调谐半导体激光器内部压电驱动系统的动力学特性。基于提高回转精度、降低轴心偏移量的设计目标,提出了一种多叶片并联的星型柔性机构结构。基于Lagrange方程和Duhamel积分,分别建立了压电驱动系统的运动微分方程和振动方程,在此基础上建立了柔性机构的动力学模型并对其结构参数进行了优化。最后,搭建了压电驱动系统动态特性测试平台,测试了压电驱动系统的机械响应特性以及可调谐半导体激光器的输出光可调谐范围。实验结果表明,压电驱动系统一阶固有频率为2187 Hz,柔性机构最大轴心偏移量为0.947 mm。在可调谐半导体激光器无跳模调谐性能测试中,当调谐频率为20 Hz时,实现了103.5 GHz的无跳模调谐范围。

基于Maxwell模型的压电驱动系统前馈控制方法

为了提高外腔可调谐半导体激光器的测量精度,基于Maxwell模型提出了用于消除其压电驱动系统迟滞非线性的前馈控制方法.基于经典Maxwell力学模型,建立了描述非凸、非对称迟滞环的静态迟滞模型;根据频率与位移幅值的关系建立了率相关系数矩阵,与静态迟滞模型耦合得到率相关迟滞模型,实现了不同频率下压电驱动系统迟滞非线性的精准预测;构建了迟滞逆模型,对压电驱动系统进行前馈补偿控制.实验结果表明,率相关迟滞模型具有较高的精度,1 Hz下模型均方根误差为0.049μm, 50 Hz下模型均方根误差为0.252μm.基于迟滞逆模型的前馈控制方法能够明显提高系统输出位移的线性度,增大线性度范围,线性相关系数R2由0.971 58提高到了0.999 77.

压电驱动系统迟滞非线性-机械振动复合控制方法

针对压电驱动系统中普遍存在的非线性及振动问题,提出了一种基于力反馈和输入信号轨迹优化方法的复合控制方法。首先,构建了压电驱动系统的动力学模型,推导了压电驱动器输入电压与力传感器输出电压之间的传递函数。在此基础上,引入积分环节,通过零极点的配置实现了系统阻尼比的主动控制,搭建了力反馈闭环控制系统。对输入信号激振机理进行了溯源分析,提出了基于最小加速度准则的输入信号轨迹优化方法。在此基础上,搭建了压电驱动系统复合控制平台,对控制效果进行了试验验证。试验结果表明,通过复合控制方法50 Hz时的压电驱动系统跟踪误差由9.33%下降为1.87%。与开环位移响应相比,系统跟踪精度提高了约4倍。与仅采用力反馈的闭环控制方法相比,系统跟踪精度提高了约1.6倍。

基于压电反馈驱动的液压柔性机械臂抑振方法

为了抑制大型双连杆液压柔性机械臂末端振动,以重载上、下料液压柔性机械手臂为研究对象,针对机械臂在运动过程中末端振动的现象,通过伺服液压系统-Euler Bernoulli梁模型、Lagrange方程和Jacobian矩阵,设计一种基于压电反馈驱动系统控制方法,利用机械臂末端搭载的压电敏感传输器、压电驱动器和反演控制设计方法,研究伺服液压缸运动振颤、液压缸与机械臂关节卡顿和机械臂杆件弹性振动对液压柔性机械臂末端振动的影响规律。仿真结果表明,该抑振控制方法稳定性较好,针对液压柔性机械臂能显著减小末端振动,缩短振动衰减时间,定位精度得到明显改善。

Analysis of nonlinearities and effects in direct drive electro-hydraulic position servo system

The direct drive electro-hydraulic servo system is a new approach hydraulic system. It is much smaller and easier controlled than traditional systems and is a perfect energy saver. This paper will briefly introduce the popular nonlinearities in the electro-hydraulic system and analyse the effect of nonlinearities in direct drive electro-hydraulic position servo system by means of simulation research. Some valuable conclusions are given.