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空间用精密微位移平台的研究

专 业: 机械制造及其自动化
关键词: 微位移平台 压电驱动器 Preisach模型 柔性铰链 精密定位控制
分类号: V553.2
形 态: 共 96 页 约 62,880 个字 约 3.008 M内容
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内容摘要


本论文以压电陶瓷驱动的空间用精密微位移平台为研究对象,围绕平台轻型化、微型化和高精度定位等性能指标,进行了较系统全面的理论分析和实验研究,主要内容如下:

第一章分析了构成微位移系统的各个组成部分,包括驱动器类型、导轨形式、传感器型号及性能、控制策略等;回顾了精密定位微位移平台在国内外的发展历史和现状;结合空间用特点,确定了本项目平台的导轨形式和驱动器类型。

第二章设计了采用柔性铰链导轨和压电驱动器的空间用微位移平台,给出了平台柔性铰链等参数的计算公式和快速设计流程,并通过有限元分析法和实际样机验证了方法的有效性。

通过理论分析及实验研究,掌握了压电驱动器的各项特性,研制了高精度直流式高压驱动电源。

第三章建立了微位移系统的控制系统,并得到了传递函数。

采用改进的Preisach模型对压电驱动器的迟滞特性进行建模,得到了适合于计算机控制的数字积分公式和实验模型数据表格。

并提出了一种基于迭代自学习控制ILC新颖的压电驱动器的电源线性化方法。

第四章介绍了两种对平台的开环精密定位控制方法,一种是基于迭代学习控制ILC的快速电压-位移线性化方法,另一种是基于修正的Preisach模型对迟滞进行建模的方法,并指出了他们各自应用场合和优缺点。

研究了微位移系统的闭环精密定位控制方法。

在分析讨论PID控制算法的基础上,利用改进的Preisach模型作为前馈环节,使得系统的动态响应特性得到较大的改善。

并对超低频的外干扰信号激励下进行了精密定位控制,结果表明提出的控制算法具有较高的抑制干扰能力,能满足指定的定位精度要求。

第五章概括了本论文的主要工作,并展望了今后需要进一步开展的工作……

全文目录


第一章 绪论
1.1 本项目研究的背景和意义
1.2 微位移系统的构成
1.2.1 概述
1.2.2 微位移驱动器及其优缺点
1.2.2.1 机械式微位移驱动器
1.2.2.2 电热式微位移驱动器
1.2.2.3 电磁式微位移驱动器
1.2.2.4 形状记忆合金驱动器
1.2.2.5 超磁致伸缩微位移驱动器
1.2.2.6 压电陶瓷微位移驱动器
1.2.3 导轨形式及其特点
1.2.4 检测装置
1.2.5 控制系统
1.2.5.1 PID控制
1.2.5.2 自适应控制
1.2.5.3 神经网络控制
1.2.5.4 压电驱动非线性及滞回控制分析
1.3 国内外微位移工作台的研究现状
1.3.1 柔性支承-压电陶瓷驱动的微位移工作台
1.3.2 超磁致伸缩材料驱动的微位移工作台
1.3.3 其它形式的微位移工作台
1.4 本文的研究内容
第二章 空间微位移系统的设计和性能研究
2.1 引言
2.2 空间微位移平台设计
2.2.1 概述
2.2.2 柔性铰链设计
2.2.2.1 引言
2.2.2.2 柔性铰链的力学模型
2.2.2.3 柔性铰链参数设计分析
2.2.2.4 柔性铰链的有限元验证
2.2.3 平台结构分析
2.2.3.1 平行四杆机构导向性能分析
2.2.3.2 微位移机构的静态刚度K
2.2.3.3 弱截面处的最大应力σ
2.2.3.4 微位移机构的固有频率
2.2.4 三维微位移平台的设计
2.2.4.1 平台设计
2.2.4.2 平台的有限元分析
2.2.5 平台特性的实验研究
2.2.5.1 微位移平台的刚度
2.2.5.2 微位移平台的静态特性
2.2.5.3 微位移平台的固有频率
2.2.5.4 微位移平台X、Y向的位移耦合性
2.2.5.5 微位移平台的负载特性
2.3 压电陶瓷驱动器特性研究
2.3.1 压电驱动器伸缩机理分析
2.3.1.1 压电与电致伸缩效应
2.3.1.2 压电效应和电致伸缩效应的微观机理
2.3.1.3 电致伸缩型压电驱动器描述
2.3.2 WTDS-IA型压电驱动器的特性
2.3.2.1 概述
2.3.2.2 WTDS-IA型压电驱动器的力位移特性
2.3.2.3 WTDS-IA型压电驱动器的电压位移特性
2.3.2.4 WTDS-IA型压电驱动器的重复性
2.3.2.5 WTDS-IA型压电驱动器的稳定性
2.4 压电陶瓷驱动电源设计
2.4.1 引言
2.4.2 压电陶瓷驱动电源应具有的特点
2.4.3 压电陶瓷驱动电源的原理
2.4.4 直流放大式驱动电路设计
2.4.4.1 工作原理
2.4.4.2 高压稳压电路
2.4.4.3 放大电路
2.4.4.4 放电回路
2.4.5 驱动电源的性能测试和实验分析
2.4.5.1 线性度
2.4.5.2 分辨率
2.4.5.3 输出电压波纹
2.4.5.4 电源的阶跃响应特性
2.5 本章小结
第三章 空间微位移系统的数学模型及压电驱动器电源线性化
3.1 空间微位移平台测控系统的建立
3.1.1 概述
3.1.2 PCL-812卡概述
3.1.2.1 PCL-812卡的特点
3.1.2.2 D/A转换器说明
3.1.2.3 A/D转换器说明
3.1.2.4 8253说明
3.1.3 压电驱动器及驱动电源
3.1.4 位移传感器
3.1.5 软件说明
3.1.5.1 操作系统的选择
3.1.5.2 程序开发工具的选择
3.1.5.3 控制软件的总体结构
3.2 压电驱动器非线性滞回的PREISACH模型建立
3.2.1 概述
3.2.2 Preisach模型的建立
3.2.3 Preisach模型的实验建立
3.3 微位移平台的数学模型建立
3.4 基于ILC的压电驱动器的电源线性化方法
3.4.1 概述
3.4.2 迭代自学习控制算法
3.4.3 迭代自学习控制算法收敛速度讨论
3.4.3.1 学习律
3.4.3.2 学习律参数
3.4.3.3 改进的迭代自学习算法
3.4.4 闭环迭代自学习算法
3.4.4.1 概述
3.4.4.2 闭环迭代自学习控制在正弦波情况下的应用
3.4.4.3 闭环迭代自学习控制在三角波情况下的应用
3.4.4.4 结论
3.4.5 迭代自学习控制线性化的实验结果
3.5 本章小结
第四章 空间微位移平台精密定位控制研究
4.1 引言
4.2 空间微位移平台的开环精密定位控制研究
4.2.1 概述
4.2.2 基于ILC线性化方法的开环定位控制
4.2.3 基于Preisach模型的开环定位控制
4.3 空间微位移平台的闭环精密定位控制研究
4.3.1 概述
4.3.2 PID制算法理论
4.3.2.1 PID控制算法数学模型
4.3.2.2 PID控制参数对控制效果的影响
4.3.3 PID控制在闭环精密定位控制中的应用
4.3.3.1 PID控制器设计
4.3.3.2 PID控制算法实现闭环控制的实验研究
4.4 低频信号干扰下的精密定位控制研究
4.4.1 概述
4.4.2 实验研究
4.5 本章小结
第五章 结论与展望
5.1 结论
5.2 展望
附图
参考文献

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中图分类: > V553.2 > 航空、航天 > 地面设备、试验场、发射场、航天基地 > 发射设施及发射试验研究

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