基于直角柔性铰链的微控平台动力学研究

目的设计一种基于直角柔性铰链的一维微控平台,用激光干涉仪进行微控平台位置的检测和传递位置信号实现位置上的闭环控制,从而实现大行程纳米级分辨率和定位精度要求.方法利用卡氏第二定理推导微控平台运动的柔度表达式,在此基础上进行不同柔性铰链的柔度对比,选取满足要求的柔性铰链,并设定其几何参数,通过计算选择合适的压电陶瓷驱动器,并利用有限元软件进行验证,建立了质量-阻尼-刚度动力学模型,对比不同阻尼下的微控平台的稳定状态,为选择提供预紧力的弹簧提供参考.结果直角柔性铰链的柔度最大,满足微控平台大位移量的要求.通过计算选择低压机械式封装压电陶瓷驱动器,具体型号为PST 150/4/20 VS9.在进行微控平台的封装时,设定弹簧阻尼在4 000 N/m,微控平台可以在很短的时间内趋于稳定,达到其优化的目的.结论新型一维微控平台能够实现稳定性定位,该设计思路为微控平台的设计提供了一种有效简明的设计步骤,为平台的优化设计提供了一种参考.

针对纳米定位平台的自适应IIR带阻滤波器设计

针对纳米定位平台本身机械结构以及负载发生变化时,其固有频率变化造成谐振频率也随之改变的问题,提出了一种自适应IIR带阻滤波器来滤除谐振噪声。通过对纳米定位平台阶跃响应频谱图的分析,得到所需参数,即可根据谐振频率的变化自适应地确定滤波器的设计指标。在下位机FPGA实现中,运用移位相加算法代替了乘法器的功能,节省了硬件资源,优化了系统结构,减小了总体运算量。通过仿真表明,自适应IIR带阻滤波器可有效滤除纳米定位平台的谐振噪声,具有良好的实用性。

Stewart平台的SimMechanics仿真

目的为更方便地建立模型进行仿真,避免不同软件之间的兼容问题,提高仿真的效率,研究Stewart平台的SimMechanics仿真.方法基于Matlab自身进行联合仿真,使用Matlab里的SimMechanics工具箱建立Stewart平台,该平台包括支腿轨迹产生器,执行机构,比例-积分-微分(PID)控制器和输出显示器.通过分析该Stewart仿真模型得到其运动特性,测试不同比例系数(K_p)值对PID控制器的影响.结果由示波器观察得到的支腿的伸缩长度与设定支腿的伸缩长度一致,证明该仿真可靠.对比3组仿真结果,验证了K_p值对PID控制器的影响是正确的.同时该仿真方法还可以得到上平台重心的运动轨迹.结论 Stewart平台的SimMechanics仿真方法提高了仿真效率,同时K_p参数的选值对实际应用有很大的指导意义,充分体现了仿真的作用.

基于三段PI模型的压电驱动器迟滞补偿方法

迟滞非线性降低了压电陶瓷驱动器对期望位移的跟踪精度,为解决该问题,本文通过二次规划寻优算法,基于最小均方误差准则,以压电陶瓷驱动器的运动速度规律为依据,对压电陶瓷运动速度规律不同的迟滞段分别进行PI建模.建模结果表明,相较于传统PI模型,本文提出的三段PI模型能精确地描述压电陶瓷迟滞曲线的非奇对称性.在对压电陶瓷三段PI建模的基础上,计算出压电陶瓷三段PI逆模型的阈值向量与权系数向量.通过建立的三段PI逆模型对压电陶瓷进行迟滞补偿控制,实验结果表明,与传统PI逆模型迟滞补偿控制相比,三段PI逆模型迟滞补偿控制方法将压电陶瓷对期望位移的跟踪精度提高了81.3%.