平面3-RRR压电微动平台位置域轨迹跟踪控制方法研究

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压电陶瓷驱动器(PEA)用来驱动平面3-RRR微动平台,实现微米级定位和轨迹跟踪等应用。在微动平台控制中主要存在两个问题,一是压电陶瓷驱动器的迟滞非线性,二是多压电陶瓷驱动系统之间的耦合相关性,这两个问题相互制约严重影响压电微动平台定位精度以及轨迹跟踪性能。因此本文基于这两个问题研究轨迹跟踪控制的方法,目的是提高3-RRR压电微动平台轨迹跟踪精度。本文的研究目标主要分为三个方面:(1)建立压电陶瓷迟滞动力学模型,该模型基于Bouc-Wen迟滞数学模型用于描述压电陶瓷的迟滞非线性。(2)为了建立多个压电陶瓷驱动系统的相关性,提出基于位置域的逆Bouc-Wen模型前馈补偿和PI反馈的复合控制方法。(3)通过系统仿真和实验验证该方法的有效性。本文的主要工作如下:首先,建立压电陶瓷迟滞动力学模型并进行系统参数辨识,确立压电陶瓷数学模型。其次,通过伪刚体模型进行机构运动学分析、运动仿真以及工作空间求解。再者,引入位置域控制的概念设计微动平台轨迹跟踪控制算法,并与传统的时间域控制方法进行比较分析。最后,搭建3-RRR微动平台仿真系统和实验平台系统,验证控制算法的有效性并得出结论。本文的研究结果表明:(1)压电陶瓷驱动器迟滞非线性是不可避免的,Bouc-Wen迟滞数学模型能有效描述压电陶瓷迟滞现象。(2)3-RRR压电微动平台理论工作空间和实际工作空间存在较大差异,原因表现在众多方面例如微动平台设计、制造及装配等误差所致。(3)本文提出的基于位置域的复合控制方法相比于传统的时间域控制方法,更有利于提高轮廓轨迹跟踪精度。
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